Insinyur MIT dan NASA merancang sayap pesawat polimer ringan
Sebuah tim insinyur dari Pusat Penelitian Ames NASA (Moutain View, California, AS) dan Institut Teknologi Massachussetts (MIT, Cambridge, Mass., AS) telah membangun dan menguji sayap pesawat yang dirakit dari kisi-kisi yang terdiri dari ratusan partikel kecil yang identik. potongan polimer. Sayap dilaporkan dapat berubah bentuk untuk mengontrol penerbangan pesawat.
Desain sayap telah diuji di terowongan angin NASA dan dijelaskan dalam makalah di jurnal Smart Materials and Structures , ditulis bersama oleh insinyur riset Nicholas Cramer di NASA Ames di California; Insinyur Ames NASA dan alumnus MIT Kenneth Cheung; Mahasiswa pascasarjana MIT Benjamin Jenett dan delapan lainnya.
Alih-alih membutuhkan permukaan bergerak yang terpisah seperti aileron untuk mengontrol roll dan pitch pesawat, seperti sayap konvensional, sistem perakitan baru memungkinkan untuk mengubah bentuk seluruh sayap, atau bagiannya, dengan menggabungkan campuran kaku dan fleksibel. komponen dalam strukturnya. Sub-rakitan kecil, yang dibaut bersama untuk membentuk kerangka kisi yang ringan dan terbuka, kemudian ditutup dengan lapisan tipis bahan polimer serupa dengan kerangka.
Hasilnya adalah sayap yang lebih ringan, dan dengan demikian lebih hemat energi, dibandingkan dengan desain konvensional, baik yang terbuat dari logam atau komposit, kata para peneliti. Karena strukturnya, yang terdiri dari ribuan segitiga kecil seperti batang korek api, sebagian besar terdiri dari ruang kosong, ia membentuk "metamaterial" mekanis yang menggabungkan kekakuan struktural dari polimer seperti karet dan ringan ekstrim dan kepadatan rendah dari aerogel. .
Jenett menjelaskan bahwa ada serangkaian parameter sayap optimal yang berbeda untuk setiap fase penerbangan, untuk memberikan perkiraan yang lebih baik tentang konfigurasi terbaik untuk setiap tahap. Sistem ini dirancang untuk secara otomatis merespons perubahan dalam kondisi pemuatan aerodinamisnya dengan mengubah bentuknya dengan cara tertentu.
Sayap demonstran sepanjang satu meter dibuat oleh Cheung dan anggota tim lainnya beberapa tahun yang lalu. Versi baru, sekitar lima kali lebih panjang, ukurannya sebanding dengan sayap pesawat satu tempat duduk yang sebenarnya dan dirancang untuk dengan mudah dicapai oleh robot perakitan otonom. Desain dan pengujian sistem perakitan robot adalah subjek dari makalah yang akan datang, kata Jenett.
Bagian individu untuk sayap sebelumnya dipotong menggunakan sistem waterjet, dan butuh beberapa menit untuk membuat setiap bagian, kata Jenett. Sistem baru ini menggunakan cetakan injeksi dengan resin polietilen dalam cetakan 3D yang kompleks, dan menghasilkan setiap bagian — pada dasarnya kubus berongga yang terbuat dari penyangga seukuran batang korek api di sepanjang setiap tepinya — hanya dalam 17 detik, katanya, yang membuatnya lebih dekat ke skalabilitas. tingkat produksi.
“Sekarang kami memiliki metode manufaktur,” katanya. Meskipun ada investasi awal dalam perkakas, setelah selesai, "suku cadangnya murah," katanya. “Kami memiliki kotak dan kotak, semuanya sama.”
Kisi yang dihasilkan, katanya, memiliki kerapatan 5,6 kilogram per meter kubik. Sebagai perbandingan, karet memiliki massa jenis sekitar 1.500 kilogram per meter kubik. “Mereka memiliki kekakuan yang sama, tetapi kepadatan kita kurang dari seperseribu,” kata Jenett.
Karena konfigurasi keseluruhan sayap atau struktur lainnya dibangun dari subunit kecil, desain keseluruhan struktur sayap dapat diubah dari bentuk tradisionalnya, kata Jenett. Penelitian telah menunjukkan bahwa struktur bodi dan sayap yang terintegrasi dapat menjadi jauh lebih efisien untuk banyak aplikasi, katanya, dan dengan sistem ini, struktur tersebut dapat dengan mudah dibangun, diuji, dimodifikasi, dan diuji ulang.
Sistem yang sama dapat digunakan untuk membuat struktur lain juga, kata Jenett, termasuk bilah turbin angin seperti sayap, di mana kemampuan untuk melakukan perakitan di tempat dapat menghindari masalah pengangkutan bilah yang lebih panjang. Rakitan serupa sedang dikembangkan untuk membangun struktur ruang, dan pada akhirnya dapat digunakan untuk jembatan dan struktur berkinerja tinggi lainnya.
Tim tersebut termasuk peneliti di Cornell University, University of California di Berkeley, University of California di Santa Cruz, NASA Langley Research Center, Kaunas University of Technology di Lithuania, dan Qualified Technical Services Inc., di Moffett Field, California, AS Pekerjaan ini didukung oleh Program Solusi Aeronautika Konvergen ARMD NASA (Proyek MADCAT) dan Pusat MIT untuk Bit dan Atom.
