211service.com
Vliegtuigen hervormen
Boordwerktuigkundigen hebben altijd naar de natuur gekeken voor inspiratie. Nu gaan ze nog beter kijken. Met behulp van materialen en computersystemen die automatisch hun omgeving detecteren en erop reageren, bouwen wetenschappers van een door NASA gefinancierd onderzoeksconsortium in Texas componenten voor dramatische experimentele vliegtuigen. De nieuwe vliegtuigen en ruimtevaartuigen zullen sterker en lichter zijn; ze zullen ook in staat zijn om schade aan hun systemen te genezen, zichzelf aerodynamischer te maken onder verschuivende omstandigheden en zelfs hun vleugelvormen tijdens de vlucht te veranderen.
Ongeveer 30 onderzoekers van zes universiteiten worden gefinancierd via het nieuwe Texas Institute for Intelligent Bio-Nano Materials and Structures for Aerospace Vehicles, met het hoofdkantoor aan de Texas A&M University in College Station. De uitdaging is echt of we de natuur kunnen nabootsen, zegt Satish Nagarajaiah, een civiel ingenieur van Rice University die bij het project betrokken is. Om vliegtuigen te maken die meer op insecten en vogels lijken, zullen de onderzoekers composietmaterialen ontwikkelen waarin organische en biologische moleculen zijn verwerkt voor gebruik in structurele materialen, sensoren en actuatoren. Stuurvlakken als kleppen, die al tientallen jaren worden gebruikt, zouden kunnen worden vervangen door vleugels die continu veranderen om de aerodynamica te maximaliseren en minder brandstof te verbruiken.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2003
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
De groep gefunctionaliseerde nanomaterialen van het instituut, bijvoorbeeld, is bezig met het modificeren van koolstofnanobuisjes - pijpachtige koolstofmoleculen met ongebruikelijke structurele en elektronische eigenschappen - om een huid te creëren voor geavanceerde vliegtuigen, zegt groepsleider Enrique Barrera, een werktuigbouwkundig ingenieur van de Rice University. De buitenste laag zal gevoelig zijn voor veranderingen in de luchtstroom en mechanische belasting; en het zal de koolstofnanobuisjes gebruiken als kleine actuatoren om de machines te helpen hun vormen aan te passen in reactie op veranderende aerodynamische omstandigheden.
Naast het ontwikkelen van de materialen, zullen de onderzoekers van het instituut geheel nieuwe methoden moeten bedenken om de voertuigen te besturen. De huidige piloten passen de posities van oppervlakken zoals kleppen en roeren aan, maar de nieuwe vliegtuigen zullen hun vorm volledig veranderen en mogelijk 100 keer zoveel sensoren en actuatoren hebben, voorspelt David Zimmerman, een werktuigbouwkundig ingenieur van de Universiteit van Houston die aan het hoofd staat van de intelligente systemen van het instituut groep. De theorie voor het hanteren die vandaag de dag gewoon niet bestaat, zegt hij. Daarom ontwikkelt zijn groep nieuwe besturingsalgoritmen waarmee een vliegtuig kan beslissen welke vorm het moet aannemen op basis van input van zijn sensoren.
Hoewel het 15 jaar kan duren om een vliegtuig te bouwen dat zichzelf kan hervormen in reactie op zijn omgeving, kunnen structurele en sensorcomponenten die door het consortium zijn gemaakt in slechts twee tot drie jaar hun weg vinden naar ruimtevaartuigen en het internationale ruimtestation, zegt Barrera. . NASA heeft hier zeker veel moeite voor gedaan, zegt Rick Claus, een elektrotechnisch ingenieur aan het Virginia Polytechnic Institute en een voormalig NASA-ingenieur. Maar het zal moeilijk worden om verbeterde materialen te bedenken met de kenmerken die nodig zijn om de doelen van het instituut te bereiken, waarschuwt hij.