Самолётное крыло-трансформер из сорняка: новый металл гнётся на 38% в стратосфере и выдерживает −50°C
NewsMakerПтицам такое даже не снилось.
В Нанкинском университете аэронавтики и астронавики разработали метаматериал , который может изменить подход к конструкции авиационных крыльев. Речь идет об активном сплаве, способном плавно менять форму прямо в полете, а затем самостоятельно возвращаться в исходное состояние без внешнего вмешательства. Авторы подчеркивают, что материал получился одновременно легким, прочным и достаточно гибким, чтобы выдерживать аэродинамические нагрузки.
Необычно и то, откуда исследователи позаимствовали идею. Вдохновением для разработки послужили не птицы и не другие летающие существа, а оболочка семян суккулентного растения Portulaca oleracea, известного также как портулак. У этого растения поверхностные клетки образуют волнистые границы, которые эффективно перераспределяют давление. Именно этот принцип ученые решили перенести в металл.
Проблема изменяемой геометрии давно считается одним из самых сложных узких мест в проектах «морфирующих» самолетов. Инженерам необходимо сочетать способность конструкции легко деформироваться с возможностью надежно возвращаться к исходной форме. Полимерные материалы, которые часто используют в таких экспериментах, оказываются слишком слабыми для авиации. Механические решения без активных элементов, в свою очередь, получаются громоздкими и не позволяют менять форму в реальном времени.
Команда из Нанкина выбрала иной путь и использовала сплав никеля и титана с эффектом памяти формы. Заготовки из этого материала изготавливались методом лазерного наплавления порошка, известного как LPBF. Эта технология металлической 3D-печати позволяет создавать детали с очень высокой точностью. В статье, опубликованной в журнале International Journal of Extreme Manufacturing, ученые описали, как им удалось сформировать микроструктуры с волнообразной геометрией размером всего около 0,3 миллиметра.
Благодаря такой внутренней архитектуре получилась активная металлическая решетка, способная сопротивляться нагрузкам воздушного потока и при этом изменять конфигурацию по команде. Биологический прототип в виде семенной оболочки портулака был преобразован в металлическую сотовую сеть, сочетающую гибкость и устойчивость к разрушению. По данным авторов, структура выдерживает растяжение до 38% до момента разрыва и восстанавливает более 96% заданной формы при нагреве. Для металлических метаматериалов с сопоставимой прочностью такие показатели считаются редкостью.
Чтобы показать работу разработки вне лабораторных расчетов, исследователи изготовили прототипы секций крыла . Во время испытаний эти элементы плавно меняли угол установки в диапазоне от −25 до 25 градусов. Тесты проводились при пониженных температурах, близких к тем, с которыми сталкиваются самолеты на больших высотах. Результаты показали, что материал сохраняет работоспособность даже в условиях, характерных для реального полета, и способен открывать новые возможности для адаптивной аэродинамики.
В Нанкинском университете аэронавтики и астронавики разработали метаматериал , который может изменить подход к конструкции авиационных крыльев. Речь идет об активном сплаве, способном плавно менять форму прямо в полете, а затем самостоятельно возвращаться в исходное состояние без внешнего вмешательства. Авторы подчеркивают, что материал получился одновременно легким, прочным и достаточно гибким, чтобы выдерживать аэродинамические нагрузки.
Необычно и то, откуда исследователи позаимствовали идею. Вдохновением для разработки послужили не птицы и не другие летающие существа, а оболочка семян суккулентного растения Portulaca oleracea, известного также как портулак. У этого растения поверхностные клетки образуют волнистые границы, которые эффективно перераспределяют давление. Именно этот принцип ученые решили перенести в металл.
Проблема изменяемой геометрии давно считается одним из самых сложных узких мест в проектах «морфирующих» самолетов. Инженерам необходимо сочетать способность конструкции легко деформироваться с возможностью надежно возвращаться к исходной форме. Полимерные материалы, которые часто используют в таких экспериментах, оказываются слишком слабыми для авиации. Механические решения без активных элементов, в свою очередь, получаются громоздкими и не позволяют менять форму в реальном времени.
Команда из Нанкина выбрала иной путь и использовала сплав никеля и титана с эффектом памяти формы. Заготовки из этого материала изготавливались методом лазерного наплавления порошка, известного как LPBF. Эта технология металлической 3D-печати позволяет создавать детали с очень высокой точностью. В статье, опубликованной в журнале International Journal of Extreme Manufacturing, ученые описали, как им удалось сформировать микроструктуры с волнообразной геометрией размером всего около 0,3 миллиметра.
Благодаря такой внутренней архитектуре получилась активная металлическая решетка, способная сопротивляться нагрузкам воздушного потока и при этом изменять конфигурацию по команде. Биологический прототип в виде семенной оболочки портулака был преобразован в металлическую сотовую сеть, сочетающую гибкость и устойчивость к разрушению. По данным авторов, структура выдерживает растяжение до 38% до момента разрыва и восстанавливает более 96% заданной формы при нагреве. Для металлических метаматериалов с сопоставимой прочностью такие показатели считаются редкостью.
Чтобы показать работу разработки вне лабораторных расчетов, исследователи изготовили прототипы секций крыла . Во время испытаний эти элементы плавно меняли угол установки в диапазоне от −25 до 25 градусов. Тесты проводились при пониженных температурах, близких к тем, с которыми сталкиваются самолеты на больших высотах. Результаты показали, что материал сохраняет работоспособность даже в условиях, характерных для реального полета, и способен открывать новые возможности для адаптивной аэродинамики.