MIT와 NASA 엔지니어가 경량 폴리머 비행기 날개를 설계합니다

NASA의 Ames Research Center(미국 캘리포니아주 마운틴 뷰)와 매사추세츠 공과대학(MIT, 캠브리지, 미국)의 엔지니어 팀이 수백 개의 작은 동일 부품으로 구성된 격자에서 조립된 비행기 날개를 만들고 테스트했습니다. 폴리머 조각. 날개는 비행기의 비행을 제어하기 위해 모양을 변경할 수 있다고 합니다.

날개 디자인은 NASA 풍동에서 테스트되었으며 Smart Materials and Structures 저널의 논문에 설명되어 있습니다. , 캘리포니아 NASA Ames의 연구 엔지니어 Nicholas Cramer가 공동 저술했습니다. NASA Ames 엔지니어이자 MIT 졸업생인 Kenneth Cheung; MIT 대학원생 Benjamin Jenett 외 8명.

기존 날개처럼 비행기의 롤과 피치를 제어하기 위해 에일러론과 같은 별도의 움직일 수 있는 표면을 요구하는 대신, 새로운 조립 시스템을 통해 뻣뻣한 것과 유연한 것을 혼합하여 전체 날개 또는 날개의 일부를 변형할 수 있습니다. 그 구조의 구성 요소. 개방된 경량 격자 프레임워크를 형성하기 위해 함께 볼트로 고정된 작은 하위 어셈블리는 프레임워크와 유사한 폴리머 재료의 얇은 층으로 덮여 있습니다.

그 결과 금속 또는 복합 재료로 만들어진 기존 디자인의 날개보다 더 가볍고 에너지 효율이 높은 날개가 탄생했다고 연구원들은 말합니다. 성냥개비 모양의 작은 삼각형 수천 개로 구성된 이 구조는 대부분이 빈 공간으로 구성되어 있기 때문에 고무 같은 폴리머의 구조적 강성과 에어로젤의 극도의 가벼움 및 저밀도를 결합한 기계적 "메타 물질"을 형성합니다. .

Jenett은 각 단계에 대한 최상의 구성에 대한 더 나은 근사치를 제공하기 위해 각 비행 단계에 대해 서로 다른 최적의 날개 매개변수 세트가 있다고 설명합니다. 이 시스템은 특정 방식으로 모양을 변경하여 공기역학적 하중 조건의 변화에 ​​자동으로 반응하도록 설계되었습니다.

몇 년 전에 Cheung과 다른 팀원들이 1미터 길이의 시연동을 만들었습니다. 길이가 약 5배인 새 버전은 크기가 실제 1인승 비행기의 날개와 비슷하며 자율 조립 로봇이 쉽게 수행할 수 있도록 설계되었습니다. 로봇 조립 시스템의 설계 및 테스트는 곧 발표될 논문의 주제라고 Jenett은 말합니다.

이전 날개의 개별 부품은 워터젯 시스템을 사용하여 절단되었으며 각 부품을 만드는 데 몇 분이 걸렸다고 Jenett은 말합니다. 새로운 시스템은 복잡한 3D 몰드에서 폴리에틸렌 수지로 사출 성형을 사용하고 각 부품(기본적으로 각 모서리를 따라 성냥개비 크기의 스트럿으로 구성된 속이 빈 큐브)을 단 17초 만에 생산하므로 확장 가능에 훨씬 더 가까워집니다. 생산 수준.

"이제 우리는 제조 방법이 있습니다."라고 그는 말합니다. 툴링에 대한 선행 투자가 있지만 일단 완료되면 "부품이 저렴합니다"라고 그는 말합니다. "우리는 상자와 상자를 모두 가지고 있습니다."

생성된 격자의 밀도는 입방미터당 5.6kg입니다. 참고로 고무의 밀도는 입방미터당 약 1,500kg입니다. "강성은 동일하지만 우리의 밀도는 대략 1000분의 1도 되지 않습니다."라고 Jenett은 말합니다.

날개 또는 기타 구조의 전체 구성은 작은 하위 단위로 구성되기 때문에 날개 구조의 전체 디자인은 기존 모양에서 변경될 수 있다고 Jenett은 말합니다. 연구에 따르면 통합된 몸체와 날개 구조는 많은 응용 분야에서 훨씬 더 효율적일 수 있으며 이 시스템을 사용하면 쉽게 구축, 테스트, 수정 및 재테스트할 수 있다고 그는 말했습니다.

동일한 시스템을 사용하여 풍력 터빈의 날개와 같은 블레이드를 비롯한 다른 구조를 만들 수도 있다고 Jenett은 말합니다. 유사한 어셈블리가 공간 구조를 구축하기 위해 개발되고 있으며 결국 교량 및 기타 고성능 구조에 사용될 수 있습니다.

이 팀에는 코넬 대학교, 버클리 캘리포니아 대학교, 산타 크루즈 캘리포니아 대학교, NASA 랭글리 연구 센터, 리투아니아 카우나스 공과 대학교, 미국 캘리포니아 모펫 필드에 있는 Qualified Technical Services Inc.의 연구원이 포함되었습니다. 이 작업은 NASA ARMD Convergent Aeronautics Solutions Program(MADCAT 프로젝트)과 MIT Center for Bits and Atoms의 지원을 받았습니다.