טייסים, הגהות, דשי כנף - כל אותם דברים שמשאירים מטוס לזוז ישר, או מאפשרים לו לתאר מסלול חדש - היו רק אי פעם קירוב. בדרך כלל, חתיכות אלה נצמדות לחלק האחורי של הכנף והזנב, וכשהן נעות למעלה או למטה, יוצרים גרירה וגורמים למטוס לשנות כיוונים או גובה.
אגף רציף וגמיש שנבנה על ידי נאס"א ומשתפי פעולה באוניברסיטת MIT, אוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז, וכמה אוניברסיטאות אחרות יכלו להשיג את אותה תוצאה בצורה יעילה יותר, ולחתוך הן בצריכת הדלק והן בעלות בניית המטוסים.
"אחת הנקודות העיקריות היא שנוכל להשיג ביצועים מהסוג הזה בעלות נמוכה במיוחד", אומר קנת צ'אונג, מדען של נאס"א המוביל במשותף לפרויקט. "ויש הבטחה זו של מדרגיות מתוך העובדה שאנחנו יכולים להשתמש באבני בניין קטנות יחסית."
הכנף, המתוארת בכתב העת Soft Robotics , מורכבת מחלקים קטנים מסיבי פחמן המצטלבים זה לזה ליצירת סריג גמיש וקל משקל שעדיין נוקשה לכל הכיוונים הנכונים.
הגרירה בכנף מסורתית מעוררת מעין זרם מתפתל של אוויר סביב הכנף (יותר ממה שנדרש לצורך הרמה בלבד) וכי אוויר רוטט במה שמכונה מצבי רפרוף, שצורתם וגודלם ותדרם תלויים במהירות של המלאכה. אגף נוקשה וכבד כמו האלומיניום בכדור 747 חזק דיו בכדי לעמוד ברטט הזה ולא להידחק ממנו, אפילו במהירויות גבוהות. זהו מטוסים שהגיעו אליהם על בסיס עשרות שנים שרוצים טיסה מהירה יותר, אומר צ'ונג.
התוצאה היא, סביב מטוס בטיסה נעים צורות העשויות אוויר. צ'אונג מכנה אותם כזרם החופשי, ומטרתו להתאים את צורת המטוס, בכל רגע נתון, לנחל. פיתול באגף יכול לגרום למטוס לשנות צורה בצורה חלקה, קצת כמו גולש שתופס גל.
העיקרון הבסיסי העומד מאחורי הקונספט החדש הוא השימוש במערך של חלקים מבניים זעירים וקלילים שניתן להרכיב למגוון צורות אינסופי כמעט. (קנת צ'אונג / נאס"א) "המטוסים הנוקשים הם רק קירוב רופף למה שהוא באמת התנאי שאתה מנסה להשיג, " הוא אומר. "כך שרווחי היעילות שמקבלים בהתאמה למעשה למצב האווירודינמי יכולים להיות ממש משמעותיים."
זה לא דבר חדש לבנות אגף שיכול לשנות צורה. למעשה, האחים רייט עשו זאת - כלי הטיס שלהם התבסס על כנפי עץ ובד גמישים. לאחרונה, איירבוס התנסתה בכנפיים מודפסות גמישות בתלת מימד, וחברה בשם FlexSys פרסמה החודש וידיאו של איירלון מסורתי יותר שמתגמש במקום שקופיות.
"זה שיפור יעילות די גדול במטוס, " אומר דייוויד הורניק, נשיא ומנהל הכספים של FlexSys. "אתה למעשה שומר על צורה של טייס אוויר אמיתי כשאתה עושה את הגישה המורפיזית הזו. צורת עמוד השדרה עדיין שם, אתה מצמצם את כמות הגרירה שתיווצר על ידי הנחת משטח שליטה ציר עליו. "
"הכנף הגמישה לחלוטין תהיה מעט מאתגרת" מכיוון שהיא פחות דומה לצורות הכנפיים המסורתיות, אומר הורניק. "אבל בכנות, מה שהם עושים זה די מדהים."
חוקרים אחרים באוניברסיטת דלפט ובטקסס A&M עיצבו ובנו גם כנפיים מורפינגות, אך המיוחד בכנף של נאס"א הוא בתוכו. סיבי פחמן קלים, דפוסיים ונוקשים. אך הוא שביר, ונוטה להישבר כאשר הוא נלחץ בכיוון הלא נכון. צ'אונג וצוותו פיתחו יחידה קטנה ומשתלבת הניתנת לחיבור זה לזה ליצירת סריג תלת מימדי של סיבי פחמן. באופן אינדיבידואלי הם נוקשים, אך השלם גמיש. זה גם קל במיוחד.
"אם אתה לוקח את אסטרטגיית אבן הבניין הזו לבניית סריג תלת מימדי אלה מתוך חלקי סיבי פחמן, אתה מקבל משהו שאתה יכול להתייחס אליו כחומר רציף", אומר צ'ונג. "אתה מקבל ביצועים טובים להפליא. הראינו למעשה את הנוקשות הספציפית הגבוהה ביותר שהוצגה אי פעם בחומר קל במיוחד. "
לאחר בניית הסריג, הצוות הצליח להעביר מוט מהחוט עד לקצה הכנף, שכאשר הוא מסתובב על ידי מנוע בגוף המטוס, מסובב את הקצה, ושאר הכנף עוקב אחריו. כל העניין הוא עטוף בפולימיד בשם קפטון, חומר דמוי קלטת המשמש בלוחות מעגלים גמישים.
ארכיטקטורת כנפיים חדשה שפותחה לאחרונה יכולה לפשט מאוד את תהליך הייצור ולהפחית את צריכת הדלק על ידי שיפור האווירודינמיקה של הכנף. זה מבוסס על מערכת של יחידות משנה קטנטנות וקלות משקל, שיכולות להרכיב על ידי צוות רובוטים קטנים ומתמחים, ובסופו של דבר ניתן להשתמש בהן לבניית כל המסגרת האווירית. (קנת צ'אונג / נאס"א) יתרון נוסף הוא המודולריות של הרכיבים; כמעט כל הכנף הורכבה מחלקים זהים, כלומר חברת תעופה שרצתה להשתמש בהם יכולה לחסוך בגדול גם בתהליך הייצור. ניתן להחליף אותם גם באופן פרטני, כלומר תיקונים זולים יותר, או להגדיר מחדש לצורות חדשות למטוסים אחרים.
"מה שהם עשו זה שהם השתמשו במבנים הקלים והנוקשים הללו באופן שהופך את כל המבנה לעיוות", אומר היידן וודלי, פרופסור למדעי חומרים והנדסה שעובד על סורגים מעוצבים אך חזקים של צורה - סגסוגות זיכרון באוניברסיטת וירג'יניה. "זה מסוג הדברים, אתה יכול לדמיין טורבינת רוח שמשנה את צורתו של דף אוויר כדי לקבוע את כמות האנרגיה שהיא מוצצת מהרוח."
צוות המחקר כבר הרכיב את הכנף במטוס בשלט רחוק, וטיסות בדיקה עתידיות יכללו מטוסים גדולים יותר - עד מוטת כנפיים עד שלושה מטרים - עם חיישנים המותקנים עליהם כדי לפקח על הכנף ועד כמה הוא תואם את זרם האוויר סביבו. . בסופו של דבר הטכנולוגיה יכולה להופיע בכלי טיס מאוישים או אפילו במטוסים מסחריים. אבל אפילו השמיים אולי אינם הגבול.
"אנו מצפים גם ליישומי חלל פוטנציאליים. ברור שאם אתה הולך לבנות חללית או בית גידול בחלל, אין לך שם מפעל לבנות אותו, "אומר צ'ונג. "אנו יודעים שיש לנו את כל היישומים האלה בחלל שהם גדולים בהרבה מכפי שנוכל להפעיל, ולכן עלינו לבנות אותם."
