به گزارش اطلاعات آنلاین، شیوه ای که مهندسین مؤسسه فناوری MIT و ناسا در ساخت بال های هواپیماها ابداع کردند توانست باعث ظهور طرح هایی نو شود. این تیم مهندسی نوعی از بال هواپیما را ساخته و آزمایش کرده اند که از مونتاژ صدها تکه کوچک شبیه به هم شکل می گیرد. بال ابداعی آن ها می تواند تغییر شکل دهد تا پرواز هواپیما را کنترل کند و باعث افزایش تولید در صنعت هواپیماسازی، افزایش تعداد پروازها و بالا رفتن کارایی در تعمیر و نگهداری شود. 

این بال که تکه های آن مانند قطعات لگو در کنار هم قرار می گیرند، به جای این که نیاز به سطوح جداگانه متحرک مانند شهپرها داشته باشد تا چرخش و میزان اوج گیری هواپیما را کنترل کند یعنی همان عملکردی که بال های رایج هواپیماهای امروزی دارند؛ کاملاً تغییر شکل می دهد یا تنها بخش هایی از آن تغییر می کنند. تغییر شکل بال با کمک اجزای سفت و متحرک که در ساختار آن کار گذاشته شده اند امکان پذیر شده است. ابتدا این اجزای کوچک به هم متصل و در هم پیچیده می شوند تا یک چارچوب گسترده، سبک و مشبک شکل بگیرد. در مرحله بعد روکشی با لایه نازکی از ماده پلیمری، مشابه پلیمری که در اسکلت آن به کار رفته روی این ساختار کشیده می شود. بالی که با این روش ساخته می شود، سبک تر است و در نتیجه در مقایسه با بال هایی که به شیوه متداول، چه از فلز و چه از کامپوزیت ساخته می شوند در مصرف انرژی موثرتر عمل می کنند.

به دلیل این که این ساختار از هزاران مثلث کوچک متشکل از میله هایی شبیه به چوب کبریت تشکیل شده است، بیشتر حجم آن فضایی توخالی است. در نتیجه یک قطعه بزرگ و یک فراماده مکانیکی به وجود می آید که در آن ساختار مستحکم یک پلیمر لاستیک مانند فوق العاده کم وزن مکمل چگالی پایین یک هواژل شده است.

مزیت دیگر این طرح این است که برای هر کدام از مراحل پرواز از جمله بلند شدن و فرود، پیمودن مسافت در آسمان و مانور دادن، تنظیمات متفاوت و بهینه ای برای بال ها در نظر گرفته شده است. بنابراین، می توان گفت در یک بال متعارف که برای هیچ کدام از این فازهای پروازی بهینه سازی نشده، کارایی و راندمان قربانی نبود یک فناوری پیشرفته می شوند. اما بالی که مدام در حال تغییر شکل دادن است، برای هر کدام از این مراحل حرکتی بهترین عملکرد را از خود نشان می دهد.

امکان افزودن موتورها و کابل هایی درون بال وجود دارد تا نیروی لازم برای تغییر شکل دادن آن ها تأمین شود. اما سازندگان این بال گام را از این فراتر گذاشته اند و سیستمی طراحی کرده اند که به طور اتوماتیک به موقعیت های ایرودینامیکی خودش واکنش نشان می دهد. به عبارتی دیگر، این بال با تغییر شکل خودکار، بدون دخالت انسان خودش را با موقعیت بیرونی تنظیم و سازگار می کند.

این قابلیت به لطف طراحی حساب شده در نحوه قرارگیری میله ها که میزان تحرک و استحکام آنها با هم متفاوت است در این بال هواپیمای نوین ایجاد شده است. بدین ترتیب، بال یا بخش هایی از آن، در واکنش به فشارهای معینی به طرز خاصی خم می شود.

طراحان این بال تغییر شکل دهنده، طرح اولیه ای از آن را چند سال پیش ساختند. طول آن حدود یک متر بود که اندازه آن را می توان با اندازه هواپیماهای کنترلی متداول مقایسه کرد. اما نسخه جدید، پنج برابر بلندتر است و تقریباً اندازه بال یک هواپیمای تک سرنشین واقعی را دارد، علاوه بر این که ساختن آن راحت تر است. 

این نسخه جدید را تیمی از دانشجویان فارغ التحصیل به صورت دستی مونتاژ کردند اما برای ساخت آن در تعداد بیشتر، از گروهی روبات مونتاژ کننده کوچک و خودکار استفاده خواهد شد. طرح این بال و مرحله آزمایش آن موضوع مقاله علمی دیگری بود که سازندگان آن را منتشر کردند.

آنها برای بریدن هر کدام از قطعه های نسخه اولیه بال ابداعی خود از سیستم «واتر جت» (برشکاری با جریان فشار بالای آب) استفاده کردند و برای برش دادن هر کدام از آن ها چند دقیقه وقت صرف کردند. اما برای برش اجزای بال جدید، روش قالب گیری تزریقی را به کار گرفتند. در این روش رزین پلی اتیلن را در یک قالب سه بعدی می ریزند و هر قطعه در عرض ۱۷ ثانیه ساخته می شود. قطعات حاصل شده مکعب های توخالی هستند که اضلاع آن ها را میله های کوچک به اندازه چوب کبریت تشکیل می دهند. با این روش پرسرعت، میزان تولید افزایش خواهد یافت. این قطعات ارزان قیمت هستند و سازندگان تعداد زیادی از آن ها را در اختیار دارند.

چگالی اسکلت مشبکی که در نهایت ساخته می شود در هر متر مکعب ۶/۵ کیلوگرم خواهد بود. اگر بخواهیم مقایسه کنیم، چگالی پلاستیک در هر متر مکعب ۱۵۰۰ کیلوگرم است. رزین پلی اتیلن و پلاستیک استحکام یکسانی دارند اما این فراماده (متامتریال) پلیمری تقریباً یک هزارم چگالی لاستیک را دارد.

با توجه به این که اسکلت این بال از هزاران قطعه کوچک تشکیل شده است، از دید مهندسین آن مهم نیست که شکل ظاهری آن چگونه باشد. آن ها می توانند هر شکل هندسی که دلشان می خواهد به بال هواپیمای خود بدهند. بیشتر این هواپیماها ظاهری شبیه به هم دارند؛ یک لوله که بال ها به آن متصل شده اند. علت این یکنواختی هزینه ساخت است. نمی توان گفت که این شکل ظاهری کارآمدترین شکل ممکن است، اما به دلیل این که سرمایه گذاری کلانی در طراحی و تولید هواپیماها می شود، ترجیح بر این است شرکت های سازنده به یک پیکربندی که به اصطلاح امتحان خود را در صنعت هواپیماسازی پس داده است اعتماد کنند. 

ساخت این بال یک کار پژوهشی است که نوید دهنده کاهش هزینه ها و افزایش عملکرد هواپیماهای بزرگ، سبک وزن و محکم آینده خواهد بود. رویکرد جدید در ساخت بال هواپیما کمک می کند سازندگان و طراحان مانور بیشتری در تولیدات آینده خود بدهند.

بال های طراحی شده در تونل باد ناسا آزمایش شد. مهندسین دانشگاه اِم آی تی و سازمان فضایی ناسا این بال هواپیما را درست متناسب با ابعاد تونل باد پرسرعت ناسا در مرکز پژوهشی لانگلی ساختند. این بال در تونل باد حتی بهتر از حد مورد انتظار عمل کرد. از این طراحی مشبک می توان در آینده برای ساخت پره های شبیه به بال، توربین های بادی و حتی پل ها استفاده کرد.

مقاله ای در رابطه با طراحی و ساخت این بال ها در ژورنال «Smart Materials and Structures» منتشر شده است.