Команда инженеров из Американского Массачусетского технологического института (MIT) и NASA разработала новый тип аэродинамического профиля переменной формы. Он состоит из сотен небольших идентичных элементов, которые могут изменять положение для управления полетом самолета (обычные крылья обычно требуют отдельных рулевых поверхностей, которые помогают контролировать наклон, крен и направление).
Лепестки автоматически меняют форму крыла в зависимости от аэродинамических нагрузок. В работе над планером нового типа участвуют специалисты из Корнелльского университета, Калифорнийского университета в Беркли, Калифорнийского университета в Санта-Крус, Исследовательского центра NASA им. Лэнгли, Каунасского технического университета в Литве и квалифицированных технических служб в Моффетт Филд в Калифорнии.
Конструкция лепестка состоит из жестких и гибких элементов. Она основана на легкой сетке и покрыт тонким слоем полимера. Для изготовления отдельных элементов команда использовала литье под давлением полиэтиленовой смолы в трехмерной форме (один элемент формируется за 17 с).
Полученная панель имеет плотность 5,6 кг/м3 (резина с сопоставимой эластичностью имеет плотность 1500 кг / м3). В результате получается намного более легкий и, следовательно, гораздо более энергоэффективный лист, чем обычный лист из металла или композитов. «Поскольку структура, состоящая из тысяч крошечных похожих друг на друга треугольников, состоит в основном из пустого пространства, она создает механический метаматериал, который сочетает в себе структурную жесткость резиноподобного полимера и чрезвычайную легкость и низкую плотность аэрогеля», – говорят исследователи.
Основной принцип работы гибкой рамы “летающего крыла” был продемонстрирован несколько лет назад, когда была построена конструкция с размахом около одного метра, сопоставимым с размерами, типичными для моделей самолетов с дистанционным управлением. Прототип воздушного судна, который был испытан в аэродинамической трубе NASA в исследовательском центре им. Лэнгли, имеет размах 5 м, что сопоставимо с фактическими конструкциями небольших самолетов. После завершения исследования Дэниел Кемпбелл из Aurora Flight Sciences сказал: «Результаты обещают снизить затраты и повысить эффективность больших, легких и жестких конструкций. Наиболее перспективными краткосрочными применениями являются структурные компоненты дирижаблей и таких космических конструкций, как антенны.
Видение летающего самолета, состоящего из сотен идентичных элементов, меняющих свою форму в зависимости от условий полета, разработанное на основе исследований MIT и NASA / Фото: Эли Гершенфельд – Исследовательский центр Ames NASA
Хотя было возможно использовать электромоторы для изменения формы крыльев, команда пошла еще дальше и разработала систему, которая автоматически реагирует на изменения в условиях аэродинамической нагрузки, меняя ее форму. «Мы можем повысить производительность, адаптируя форму к нагрузкам под разными углами атаки», – говорит Николас Крамер из NASA в Калифорнии. «Мы можем получить точно такое же поведение, используя активные элементы, но мы получили его пассивными», – добавляет он.
Андрей Бочкарев
