Los ingenieros del MIT y la NASA diseñan un ala de avión de polímero liviano

Un equipo de ingenieros del Centro de Investigación Ames de la NASA (Moutain View, California, EE. UU.) Y el Instituto de Tecnología de Massachussetts (MIT, Cambridge, Massachusetts, EE. UU.) Han construido y probado un ala de avión ensamblada a partir de una celosía que comprende cientos de diminutos piezas de polímero. Según los informes, el ala puede cambiar de forma para controlar el vuelo del avión.

El diseño del ala se probó en un túnel de viento de la NASA y se describe en un artículo de la revista Smart Materials and Structures . , coautor del ingeniero de investigación Nicholas Cramer en NASA Ames en California; El ingeniero de la NASA Ames y ex alumno del MIT, Kenneth Cheung; El estudiante graduado del MIT, Benjamin Jenett, y otros ocho.

En lugar de requerir superficies móviles separadas como alerones para controlar el balanceo y cabeceo del avión, como hacen las alas convencionales, el nuevo sistema de ensamblaje permite deformar todo el ala, o partes de ella, incorporando una mezcla de ala rígida y flexible. componentes en su estructura. Los pequeños subconjuntos, que se atornillan para formar una estructura de celosía ligera y abierta, se cubren con una capa delgada de material polimérico similar a la estructura.

El resultado es un ala que es más liviana y, por lo tanto, más eficiente energéticamente que las que tienen diseños convencionales, ya sean de metal o compuestos, dicen los investigadores. Debido a que la estructura, que comprende miles de pequeños triángulos de puntales en forma de cerilla, se compone principalmente de espacio vacío, forma un "metamaterial" mecánico que combina la rigidez estructural de un polímero similar al caucho y la extrema ligereza y baja densidad de un aerogel. .

Jenett explica que existe un conjunto diferente de parámetros óptimos de ala para cada fase del vuelo, para proporcionar una mejor aproximación de la mejor configuración para cada etapa. El sistema está diseñado para responder automáticamente a los cambios en sus condiciones de carga aerodinámica cambiando su forma de formas específicas.

Cheung y otros miembros del equipo crearon un ala de demostración de un metro de largo hace unos años. La nueva versión, unas cinco veces más larga, es comparable en tamaño al ala de un avión monoplaza real y está diseñada para ser realizada fácilmente por robots de montaje autónomos. El diseño y las pruebas del sistema de ensamblaje robótico es el tema de un próximo artículo, dice Jenett.

Las partes individuales para el ala anterior se cortaron usando un sistema de chorro de agua, y tomó varios minutos hacer cada parte, dice Jenett. El nuevo sistema utiliza moldeo por inyección con resina de polietileno en un molde 3D complejo y produce cada parte, esencialmente un cubo hueco formado por puntales del tamaño de una cerilla a lo largo de cada borde, en solo 17 segundos, dice, lo que lo acerca mucho más a la escalabilidad. niveles de producción.

“Ahora tenemos un método de fabricación”, dice. Si bien hay una inversión inicial en herramientas, una vez que se hace, "las piezas son baratas", dice. "Tenemos cajas y cajas de ellos, de todos modos".

La celosía resultante, dice, tiene una densidad de 5,6 kilogramos por metro cúbico. A modo de comparación, el caucho tiene una densidad de aproximadamente 1.500 kilogramos por metro cúbico. "Tienen la misma rigidez, pero la nuestra tiene menos de aproximadamente una milésima parte de la densidad", dice Jenett.

Debido a que la configuración general del ala u otra estructura se construye a partir de pequeñas subunidades, el diseño general de la estructura del ala podría cambiarse de su forma tradicional, dice Jenett. Los estudios han demostrado que una estructura integrada de carrocería y ala podría ser mucho más eficiente para muchas aplicaciones, dice, y con este sistema se podrían construir, probar, modificar y volver a probar fácilmente.

El mismo sistema también podría usarse para hacer otras estructuras, dice Jenett, incluidas las palas en forma de ala de las turbinas eólicas, donde la capacidad de realizar el ensamblaje en el sitio podría evitar los problemas de transportar palas cada vez más largas. Se están desarrollando ensamblajes similares para construir estructuras espaciales y, eventualmente, podrían usarse para puentes y otras estructuras de alto rendimiento.

El equipo incluyó a investigadores de la Universidad de Cornell, la Universidad de California en Berkeley, la Universidad de California en Santa Cruz, el Centro de Investigación Langley de la NASA, la Universidad de Tecnología de Kaunas en Lituania y Qualified Technical Services Inc., en Moffett Field, California, EE. UU. El trabajo fue apoyado por el Programa de Soluciones Aeronáuticas Convergentes ARMD de la NASA (Proyecto MADCAT) y el Centro MIT para Bits y Átomos.