Revolutionäres adaptives Flügeldesign steigert Flugzeug-Effizienz

Forscher entwickelten und testeten einen neuen Flügeltyp, zusammengesetzt aus zahlreichen kleinen identischen Teilen. Dieser leichte Flügel kann seine Form ändern, um den Flugzeugflug zu steuern. Er könnte Produktionseffizienz und Wartung von Flugzeugen substantially verbessern.

Unterschied zu traditionellem Design

Die meisten Flugzeuge haben vorhersehbare Form: zwei Flügel an einem Rumpf. Dazu Horizontalstabilisator am Heck und bewegliche Module am Rumpf für Höhen- und Kurvenflug.

MIT- und NASA-Forscher arbeiten an radikal andersartigem Flugzeugdesign. Sie entwickelten und testeten einen neuen Flügel, zusammengesetzt aus vielen kleinen identischen Teilen. Der Flügel kann seine Form zur Flugsteuerung ändern und Produktionseffizienz/Wartung substantially verbessern.

Getestet im NASA-Windkanal. NASA kennt sich mit transformierenden Flugzeugen aus: AeroVironment RQ-14 Dragon Eye, Boeing NB-52B, Boeing X-40, X-45, und kürzlich 10-Triebwerk-Drohne «Greased Lightning».

Funktionsweise

Traditionelle Flügel benötigen einzelne bewegliche Flächen für Roll- und Nicksteuerung. Das neue Design kombiniert flexible und steife Module, sodass sich der gesamte Flügel oder Teile davon verformen lassen.

Kleine Unterbaugruppen sind miteinander verbunden und mit dünnem Polymerfilm überzogen. Resultat: viel leichterer, energieeffizienter Flügel im Vergleich zu traditionellen Designs aus Verbundwerkstoffen oder Metallen.

Da jeder Flugphase – Manövrieren, Reiseflug, Start, Landung – eigene Flügelspezifika hat, ist traditioneller Flügel für keine vollständig optimiert. Ein dynamisch verformbarer Flügel bietet für jede Phase bessere Konfiguration und damit bessere Effizienz.

Referenz: IOPScience | DOI:10.1088/1361-665X/ab0ea2 | MIT

Er reagiert automatisch auf Änderungen aerodynamischer Belastungsparameter und ändert seine Form. Einfach: selbstjustierendes, passives Flügel-Rekonfigurationssystem.

Länge des neuen Flügels vergleichbar mit Einzelsitzer-Flügel. Einzelteile werden im bekannten Spritzgussverfahren gefertigt – 17 Sekunden pro Teil. Prozess lässt sich leicht in typische autonome Montageroboter integrieren, nahe an skalierbarer Produktion.

Credit: NASA Ames Research Center

Dichte des resultierenden Gitters: 5,6 kg/m³. Zum Vergleich: Gummi ~1.500 kg/m³. Beide gleiche Steifigkeit, aber neues Material fast 1/1000 der Gummidichte.

Nutzung und Anwendungen

Da Gesamtstruktur aus kleinen Teilen besteht, ist Form beliebig. Hersteller können jede gewünschte Form gießen.

Solche Flügel können für diverse Anwendungen weit effizienter sein. Sie könnten Leistung steigern und Kosten senken für große, leichte, steife Strukturen – einfach zu entwickeln, modifizieren, testen/retesten.

Vielversprechendste nahende Anwendung: flügelartige Windturbinenblätter (Transportproblem langer Blätter lösbar), weltraumgestützte Strukturen wie Antennen.