مهندسان MIT و ناسا نوع متفاوتی از بال هواپیما را آزمایش کردهاند که به جای یک سازه یکپارچه و سنگین، از صدها قطعه کوچک و مشابه ساخته شده است. این ساختار مشبک میتواند شکل بال را تغییر دهد و در مراحل مختلف پرواز، وضعیت آیرودینامیکی مناسبتری ایجاد کند.
راز این طراحی در ساختاری موسوم به متامتریال مکانیکی است. قطعات کوچک به یکدیگر متصل میشوند و شبکهای سهبعدی را تشکیل میدهند که هم سبک است و هم استحکام مورد نیاز سازه را حفظ میکند. سپس یک پوسته نازک روی این شبکه قرار میگیرد تا شکل نهایی بال ایجاد شود.
بالی که خودش شکلش را تغییر میدهد
#در هواپیماهای معمولی، سطوح متحرکی مانند شهپرها برای کنترل چرخش و حرکت هواپیما به کار میروند. اما در این طرح، خود ساختار بال میتواند تغییر شکل دهد و بخشهایی از آن در واکنش به نیروهای واردشده خم شوند.
این ویژگی به هواپیما اجازه میدهد برای مرحلههای مختلف پرواز، از برخاستن و فرود گرفته تا پرواز کروز و مانور، شکل مناسبتری داشته باشد. به همین دلیل پژوهشگران امیدوارند چنین ساختاری در آینده بتواند به افزایش بهرهوری آیرودینامیکی هواپیماها کمک کند.
چرا بال جدید اینقدر سبک است؟
#یکی از ویژگیهای جالب این سازه، فضای خالی بسیار زیاد درون آن است. اسکلت بال از شبکهای از قطعات کوچک تشکیل شده و در نتیجه بخش زیادی از حجم آن را هوا تشکیل میدهد.
در نمونه آزمایشی، چگالی سازه مشبک حدود ۵.۶ کیلوگرم بر مترمکعب گزارش شد؛ رقمی که برای یک ساختار مهندسیشده بسیار پایین است و به چگالی مواد فوقسبک نزدیک میشود.
ساخت هر قطعه فقط ۱۷ ثانیه زمان میبرد
#یکی دیگر از مزیتهای این ایده، روش تولید آن است. برخلاف نمونه اولیه که قطعات آن با برش ساخته میشدند، در نسخه بزرگتر از قالبگیری تزریقی رزین پلیاتیلن استفاده شد.
بر اساس گزارشهای منتشرشده درباره این پروژه، تولید هر قطعه با روش جدید حدود ۱۷ ثانیه زمان میبرد. همین موضوع میتواند مونتاژ تعداد زیادی از قطعات یک بال را سادهتر و ارزانتر کند.
آزمایش در تونل باد ناسا
#نمونه بزرگتر این بال در تونل باد ناسا آزمایش شد و عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت. این نمونه تقریباً پنج برابر بزرگتر از نمونه اولیه بود و ابعادی نزدیک به بال یک هواپیمای تکسرنشین داشت.
پژوهشگران همچنین نشان دادهاند که ساختار ماژولار این بال قابلیت تولید با کمک رباتهای کوچک مونتاژکننده را دارد؛ موضوعی که در صورت توسعه فناوری میتواند تولید سازههای بزرگ و پیچیده را آسانتر کند.
آیا قرار است هواپیماهای مسافربری با این بال پرواز کنند؟
#فعلاً چنین چیزی در دستور کار نیست. این فناوری یک نمونه پژوهشی و آزمایشگاهی است و فاصله زیادی با استفاده تجاری در هواپیماهای مسافربری دارد.
با این حال، ایده ساخت سازههای بسیار سبک، مقاوم و تغییرشکلپذیر فقط به هواپیما محدود نمیشود. پژوهشگران امکان استفاده از چنین ساختارهایی را در حوزههایی مانند پره توربینهای بادی و سازههای بزرگ نیز مطرح کردهاند. پژوهش این پروژه در مجله Smart Materials and Structures منتشر شده است.
