Bir mühendis ekibi, yüzlerce minik parçadan oluşan radikal bir şekilde yeni bir uçak kanadı inşa etti ve test etti. Araştırmacı, kanat, uçağın uçuşunu kontrol etmek için şeklini değiştirebileceğini ve uçak üretim, uçuş ve bakım verimliliğinde önemli bir artış sağlayabileceğini belirtti.
Kanat yapımına yönelik yeni yaklaşım , gelecekteki uçakların tasarımında ve üretiminde daha fazla esneklik sağlayabilir. Yeni kanat tasarımı bir NASA rüzgar tünelinde test edildi ve bugün NASA Ames’teki araştırma mühendisi Nicholas Cramer tarafından ortaklaşa yazılan Akıllı Malzemeler ve Yapılar dergisinde yayınlanan bir makalede; MIT mezunu Kenneth Cheung SM ’07 Ph.D. ’12, şimdi NASA Ames’te; MIT’nin Bitler ve Atomlar Merkezi’nde yüksek lisans öğrencisi olan Benjamin Jenett; ve diğer sekiz kişi.
Yeni montaj sistemi, düzlem rulosunu ve düzlemin perdesini kontrol etmek için, geleneksel kanatların yaptığı gibi ayrı hareketli yüzeyler gerektirmek yerine, yeni montaj sistemi, sert ve esnek bir karışım içererek bütün kanadın veya onun parçalarının deforme olmasını mümkün kılar. yapısındaki bileşenler . Açık, hafif bir kafes çerçevesini oluşturmak üzere bir araya getirilen minik alt montajlar, daha sonra çerçeveyle benzer bir polimer malzemeden ince bir tabaka ile kaplanır.
Sonuç, araştırmacıların metal veya kompozit malzemeden yapılmış olsun olmasın, konvansiyonel tasarımlara göre çok daha hafif ve dolayısıyla enerji açısından daha verimli bir kanat olduğunu söylüyor. Binlerce minik kibrit çöpü benzeri dikme üçgeninden oluşan yapı çoğunlukla boş alandan oluştuğundan, kauçuk benzeri bir polimerin yapısal sertliğini ve aerojelin aşırı hafifliğini ve düşük yoğunluğunu birleştiren mekanik bir “meta malzeme” oluşturur. .
Jenett, bir uçuşun her bir aşaması için – kalkış ve iniş, seyir, manevra vb. – her birinin kendine ait, farklı optimum kanat parametreleri setine sahip olduğunu açıklar, bu nedenle geleneksel bir kanat mutlaka herhangi biri için optimize edilmemiş bir uzlaşmadır. bunlar ve dolayısıyla verimi feda eder. Sürekli olarak deforme olabilen bir kanat, her aşama için en iyi konfigürasyonun daha iyi bir yaklaşımını sağlayabilir.
Kanatları deforme etmek için gerekli kuvvetleri üretmek için motorlar ve kablolar dahil etmek mümkün olsa da, ekip bunu bir adım daha ileri götürdü ve aerodinamik yükleme koşullarındaki değişikliklere şeklini değiştirerek otomatik olarak cevap veren bir sistem tasarladı – kendinden ayarlamalı, pasif kanat yeniden yapılandırma işlemi.
Gazetenin baş yazarı Cramer, “Şekli farklı saldırı açılarındaki yüklerle eşleştirerek verimlilik elde edebiliyoruz” diyor. “Aktif olarak yapacağınız aynı davranışı üretebiliyoruz, ancak pasif olarak yaptık.”
Bu, farklı tiplerde esneklik veya sertlikteki dikmelerin göreceli konumlarının dikkatli bir şekilde tasarlanmasıyla gerçekleştirilir, böylece kanat veya bunun bölümleri belirli stres tiplerine cevap olarak belirli şekillerde bükülür.
Cheung ve diğerleri, birkaç yıl önce temel uzaktan kumanda prensibini gösterdiler ve tipik uzaktan kumandalı model uçakların boyutuyla karşılaştırılabilecek bir metre uzunluğunda bir kanat ürettiler. Yaklaşık beş kat daha uzun olan yeni versiyon, gerçek tek koltuklu bir uçağın kanadının boyutuyla karşılaştırılabilir ve üretimi kolay olabilir.
Bu versiyon lisansüstü öğrencilerden oluşan bir ekip tarafından elle monte edilirken, tekrarlayan süreç, küçük, basit, otonom montaj robotları bir sürü tarafından kolayca gerçekleştirilebilecek şekilde tasarlanmıştır. Jenett, robotik montaj sisteminin tasarım ve testinin yaklaşmakta olan bir makalenin konusu olduğunu söylüyor.
Jenett, bir önceki kanat için ayrı parçaların bir su jeti sistemi kullanılarak kesildiğini ve her parçanın yapılması birkaç dakika sürdüğünü söylüyor. Yeni sistem, karmaşık bir 3-D kalıpta polietilen reçineli enjeksiyon kalıplama kullanıyor ve her parçayı üretiyor – esasen her kenar boyunca kibrit çöpü büyüklüğünde kibrit çubuklarından oluşan içi boş bir küp – sadece 17 saniyede ölçeklenebilir üretim seviyelerine daha yakın.
“Şimdi bir üretim yöntemimiz var” diyor. Takımlama konusunda net bir yatırım olsa da, bir kez yapıldığında, “parçalar ucuzdur” diyor. “Kutularımız ve kutularımızın aynısı.”
Ortaya çıkan kafes, metreküp başına 5.6 kilogram yoğunluğa sahip olduğunu söylüyor. Karşılaştırma olarak, kauçuğun metreküp başına yaklaşık 1500 kilogramlık bir yoğunluğu vardır. Jenett, “Aynı sertliğe sahipler, ancak bizim yoğunluğumuzun kabaca binde birinden daha azına sahip” diyor.
Kanat veya diğer yapının genel konfigürasyonu küçük alt ünitelerden oluştuğu için, şeklin ne olduğu önemli değildir. “İstediğiniz herhangi bir geometri yapabilirsiniz” diyor. “Çoğu uçağın aynı şekilde olması” – esasen kanatlı bir tüp – “masrafları nedeniyledir. Her zaman en verimli biçim değildir.” Ancak, tasarım, takım ve üretim süreçlerine yapılan büyük yatırımlar, uzun süredir yapılandırılmış konfigürasyonlarla kalmayı kolaylaştırmaktadır.
Araştırmalar, entegre bir gövde ve kanat yapısının birçok uygulama için çok daha verimli olabileceğini göstermiştir, ve bu sistemle kolayca inşa edilebilecek, test edilebilecek, değiştirilebilecek ve tekrar test edilebilecek.
Bu araştırmada yer almayan bir Boeing şirketi olan Aurora Flight Sciences’da bir yapı araştırmacısı olan Daniel Campbell, “Araştırma, maliyetin azaltılması ve büyük, hafif, sert yapılar için performansın artırılması için söz veriyor” diyor. “Gelecek vaat eden yakın vadeli uygulamalar hava gemileri ve antenler gibi uzay temelli yapılar için yapısal uygulamalardır.”
Jenett, yeni kanadın NASA’nın Langley Araştırma Merkezi’ndeki yüksek hızlı rüzgar tüneline yerleştirilebileceği kadar büyük olacak şekilde tasarlandığını söyledi.
Aynı sistem, diğer yapıları yapmak için de kullanılabilir, Jenett, rüzgar türbinlerinin kanat benzeri kanatları da dahil olmak üzere yerinde montaj yapma kabiliyetinin daha uzun bıçakları taşıma problemlerini önleyebileceğini söylüyor. Benzer yapılar, uzay yapıları inşa etmek için geliştiriliyor ve sonunda köprüler ve diğer yüksek performanslı yapılar için yararlı olabilir.
HOŞUNUZA GİDEBİLİR
kaynak:
https://phys.org/news/2019-04-mit-nasa-kind-airplane-wing.html