الطيران بأجنحة المستقبل

شارك مهندسو MIT و وكالة الفضاء NASA بتصميم نوع جديد تماماً من أجنحة الطائرة. يتكون الجناح الراديكالي من مئات القطع الصغيرة المتطابقة. يمكن للجناح تغيير شكله للتحكم برحلة الطائرة. يقول المصممون إن التصميم الفعال قد يعزز من عملية إنتاج الطائرات ورحلاتها وكفاءة الصيانة.   

تم اختبار الجناح في نفق الرياح في ناسا. تصميمات الجناح النموذجية لها أسطح متحركة منفصلة مثل الجنيحات للتحكم بدوران"Roll" وتأرجح"Pitch" الطائرة (للمزيد عن الجنيحات وعملها اطلع على المصدر 2). يمكن للجناح الجديد تحريك الجناح بأكمله أو أقسام فقط لإعطاء تحكم أكثر دقة في الحركة. 

يتيح نظام التجميع الجديد تغيير شكل الجناح بالكامل أو أجزاء منه، وذلك من خلال دمج مزيج من المكونات الصلبة والمرنة في الهيكل. تغطى التجمعات الفرعية الصغيرة التي يتم تثبيتها معاً لتشكيل إطار شبكي مفتوح وخفيف الوزن بطبقة رقيقة من مادة البوليمر المستخدمة في الإطار.

ويقول الباحثون إن النتيجة هي جناح أخف بكثير، وبالتالي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، بالمقارنة مع التصميمات تقليدية، سواء كانت مصنوعة من المعدن أو المواد المركبة. نظراً لأن الهيكل، الذي يتكون من آلاف المثلثات الصغيرة من الدعامات التي تشبه عود الثقاب، مكون في الغالب من مساحة فارغة، فإنه يشكل "مادة خارقة" ميكانيكية تجمع بين الصلابة الهيكلية للبوليمر المشابه للمطاط والخفة الشديدة والكثافة المنخفضة ل “aerogel” (مادة صلبة بكثافة منخفضة تنشأ عن طريق إزالة العنصر السائل من ال gel التقليدي). 

يشرح “Jenett” (أحد المصممين) أنه لكل مرحلة من مراحل الرحلة (الإقلاع والهبوط، الطفو، المناورة، إلخ) توجد مجموعة خاصة بها ومختلفة من المعايير المثلى للجناح، لذلك فإن الجناح التقليدي هو عبارة عن حل وسط (تسوية) لكل المعايير، وبالتالي تضحية بالكفاءة. بينما يمكن للجناح المتغير باستمرار أن يوفر تقاربًا أفضل بكثير مع الإعدادات المثلى لكل مرحلة.

من الممكن تضمين المحركات والكابلات لإنتاج القوى اللازمة لتغير شكل الأجنحة، إلا أن الفريق صمم نظاماً يستجيب تلقائياً للتغيرات في ظروف التحميل الديناميكية الهوائية عن طريق تغيير شكله.

ويضيف “Jenett” بينما تم تجميع هذا الإصدار يدوياً بواسطة فريق من طلاب الدراسات العليا، فقد تم تصميم العملية ليتم إنجازها بسهولة من خلال مجموعة من روبوتات التجميع الصغيرة البسيطة ذاتية التحكم. إن تصميم واختبار نظام التجميع الآلي هو موضوع ورقة بحثية مقبلة. 

كما يقول إن الأجزاء الفردية للجناح السابق قد تم قصها باستخدام نظام “waterjet” (القص باستخدام ضغط المياه العالي)، واستغرق الأمر عدة دقائق لتصنيع كل جزء. يستخدم النظام الجديد صب الحقن مع راتنجات البولي إيثيلين " polyethylene resin" في قالب ثلاثي الأبعاد معقد، وينتج كل جزء الذي يمثل بشكل أساسي مكعب مجوف يتكون من دعامات بحجم عود الثقاب على طول كل حافة في 17 ثانية فقط، مما يجعله أقرب إلى مستويات الإنتاج القابلة للتطوير. 

ويضيف أن الشبكة الناتجة لديها كثافة 5.6 كيلوغرام لكل متر مكعب. على سبيل المقارنة، يبلغ كثافة المطاط حوالي 1500 كيلوغرام لكل متر مكعب. يقول: "لديهما نفس الصلابة، لكن لدينا أقل من واحد في الألف من الكثافة".

يقول دانييل كامبل باحث في الهياكل في شركة “Aurora Flight Sciences” وهي شركة ل Boeing، وهي لم تشارك في هذا البحث: "يُظهر البحث أفاق مبشرة بتخفيض التكلفة وزيادة الأداء في الهياكل الضخمة والخفيفة الوزن". 

يقول “Jenett” إنه يمكن استخدام نفس النظام لإنشاء هياكل أخرى، بما في ذلك الشفرات الشبيهة بجناحين لتوربينات الرياح، حيث القدرة على القيام بالتجميع في الموقع تساهم في تجنب مشاكل نقل الشفرات الأطول. يجري تطوير مجموعات مماثلة لبناء هياكل فضائية، وقد تكون مفيدة في النهاية للجسور وغيرها من الهياكل عالية الأداء.

المصادر:

1- هنا

2- هنا

3- هنا