MITとNASAのエンジニアは、軽量のポリマー飛行機の翼を設計します

NASAのエイムズ研究センター（米国カリフォルニア州マウンテンビュー）とマサチューセッツ工科大学（米国マサチューセッツ州ケンブリッジのMIT）のエンジニアのチームが、数百の小さな同一物からなる格子から組み立てられた飛行機の翼を組み立ててテストしました。ポリマー片。伝えられるところによると、翼は飛行機の飛行を制御するために形を変えることができます。

翼の設計はNASAの風洞でテストされ、ジャーナル Smart Materials and Structures の論文に記載されています。 、カリフォルニアのNASAエイムズの研究エンジニアNicholasCramerによって共同執筆されました。 NASAエイムズエンジニアおよびMIT卒業生のケネスチャン。 MITの大学院生ベンジャミンジェネットと他の8人。

従来の翼のようにエルロンなどの可動面を分離して平面のロールとピッチを制御する代わりに、新しいアセンブリシステムでは、剛性と柔軟性を組み合わせることで、翼全体または翼の一部を変形させることができます。その構造のコンポーネント。ボルトで固定されて開いた軽量の格子フレームワークを形成する小さなサブアセンブリは、フレームワークと同様のポリマー材料の薄層で覆われています。

その結果、金属製であろうと複合材料製であろうと、従来の設計のものよりも軽量でエネルギー効率の高い翼ができあがります。マッチ棒のような支柱の何千もの小さな三角形で構成される構造は、ほとんどが空のスペースで構成されているため、ゴムのようなポリマーの構造剛性とエアロゲルの極端な軽量性と低密度を組み合わせた機械的な「メタマテリアル」を形成します。

ジェネットは、飛行の各段階に最適な翼パラメータの異なるセットがあり、各段階に最適な構成のより良い近似を提供すると説明しています。このシステムは、特定の方法で形状をシフトすることにより、空力荷重条件の変化に自動的に対応するように設計されています。

1メートルの長さのデモンストレーターウィングは、数年前にCheungと他のチームメンバーによって作成されました。新しいバージョンは、約5倍の長さで、実際のシングルシーター飛行機の翼に匹敵するサイズであり、自律組立ロボットによって簡単に実現できるように設計されています。ロボットアセンブリシステムの設計とテストは、次の論文の主題である、とJenettは言います。

前の翼の個々の部品はウォータージェットシステムを使用して切断され、各部品を作成するのに数分かかりました、とジェネットは言います。新しいシステムは、複雑な3D金型でポリエチレン樹脂を使用した射出成形を使用し、各部品（基本的には各エッジに沿ってマッチ棒サイズの支柱で構成された中空の立方体）をわずか17秒で製造します。これにより、スケーラブルにはるかに近くなります。生産レベル。

「今では製造方法があります」と彼は言います。ツールへの先行投資はありますが、それが完了すると、「部品は安価です」と彼は言います。 「私たちは箱とそれらの箱をすべて同じです。」

結果として生じる格子は、1立方メートルあたり5.6キログラムの密度を持っていると彼は言います。ちなみに、ゴムの密度は1立方メートルあたり約1,500キログラムです。 「それらは同じ剛性を持っていますが、私たちの密度はおよそ1000分の1未満です」とJenettは言います。

翼または他の構造の全体的な構成は小さなサブユニットから構築されているため、翼の構造の全体的な設計は、従来の形状から変更される可能性がある、とJenett氏は言います。研究によると、統合された胴体と翼の構造は、多くのアプリケーションではるかに効率的であり、このシステムを使用すると、それらを簡単に構築、テスト、変更、および再テストできます。

同じシステムを使用して、風力タービンの翼のようなブレードを含む他の構造を作成することもできます。現場での組み立てを行うことで、より長いブレードの輸送の問題を回避できます。同様のアセンブリが宇宙構造を構築するために開発されており、最終的には橋やその他の高性能構造に使用される可能性があります。

チームには、コーネル大学、カリフォルニア大学バークレー校、カリフォルニア大学サンタクルス校、NASAラングレー研究センター、カウナス工科大学リトアニア校、および米国カリフォルニア州モフェットフィールドのQualified Technical ServicesInc。の研究者が含まれていました。この作業は、NASA ARMD Convergent Aeronautics Solutions Program（MADCAT Project）およびMIT Center for Bits andAtomsによってサポートされました。