Revolutionair adaptief vleugelontwerp verbetert vliegtuigefficiëntie

Onderzoekers hebben een nieuw soort vleugel ontwikkeld en getest, samengesteld uit talloze kleine identieke onderdelen. Deze lichtgewicht vleugel kan zijn vorm veranderen om de vlucht van het vliegtuig te sturen. Het kan de efficiëntie van vliegtuigproductie en -onderhoud aanzienlijk verbeteren.

Hoe het verschilt van traditioneel ontwerp

Om de rol en pitch van het vliegtuig te hanteren, vereisen traditionele vleugels individuele bewegbare oppervlakken. Het nieuwe ontwerp integreert daarentegen een mix van flexibele en stijve modules, wat het mogelijk maakt de hele vleugel of delen ervan te vervormen.

De kleine subassemblages zijn met elkaar verbonden en vervolgens bedekt met een dunne film van vergelijkbaar polymermateriaal. Dit resulteert in een veel lichtere en energie-efficiëntere vleugel vergeleken met traditionele ontwerpen gemaakt van composieten of metalen.

Aangezien elk stadium van een vlucht — manouvreren, cruisen, opstijgen en landen — zijn eigen specifieke set vleugelparameters heeft, is de traditionele vleugel niet volledig geoptimaliseerd voor een van deze. Een vleugel die dynamisch kan vervormen volgens de behoeften kan een betere configuratie voor elk stadium bieden, en dus betere efficiëntie.

Referentie: IOPScience | DOI:10.1088/1361-665X/ab0ea2 | MIT

Het reageert automatisch op wijzigingen in zijn aerodynamische belastingparameters en verandert zijn vorm. In eenvoudige termen: het is een zelf-aanpassend, passief vleugelherconfiguratiesysteem.

De lengte van de nieuwe vleugel is vergelijkbaar met die van een eenpersoons vliegtuig. De individuele delen van de vleugel worden gemaakt door een bekende productieproces genaamd injectiegieten. Het duurt slechts 17 seconden om een enkel deel te bouwen. Bovendien kan het proces gemakkelijk geïntegreerd worden in typische autonome assemblagerobots, wat het dichter bij schaalbare productieniveaus brengt.

Credit: NASA Ames Research Center

De dichtheid van het resulterende rooster is 5,6 kg/m³. Om dit in perspectief te plaatsen: rubber heeft een dichtheid van 1.500 kg/m³. Beide hebben dezelfde stevigheid, maar het nieuwe materiaal is bijna 1/1000e keer de dichtheid van rubber.

Gebruik en toepassingen

Omdat de algehele structuur van de vleugel gemaakt is uit kleine onderdelen, maakt de vorm niet uit. Fabrikanten kunnen het in elke gewenste vorm gieten.

Dit soort vleugel kan veel efficiënter zijn voor diverse andere toepassingen. Het kan de prestaties verhogen en de kosten verlagen voor grote, lichte, stijve structuren. En die kunnen gemakkelijk ontwikkeld, gewijzigd en getest/hergetest worden.

Eén van de meest veelbelovende toepassingen in de nabije toekomst is vleugelachtige wieken van windturbines (kan het vervoer van langere wieken elimineren), en ruimtegebaseerde structuren, zoals antennes.