在莱特兄弟的第一动力飞行,飞鸟的翅膀1飞机控制的电线和滑轮。一些飞机现在可能回到这些根基,一种新型的可弯曲,“变形”的翅膀
机械工程

莱特兄弟完成了他们的第一个动力飞行一个多世纪前,他们的运动控制飞行1架飞机使用电线和滑轮弯曲和扭曲wood-and-canvas翅膀。这个系统比单独的完全不同,铰链襟翼和副翼执行这些功能在大多数飞机至今。但是现在,由于一些高科技产品开发的工程师麻省理工学院的(麻省理工学院)和美国国家航空航天局(NASA)有些飞机可能会回到他们的根,一种新型的可弯曲,“变形”。

新翅膀的架构,可以大大简化生产流程,降低燃料消耗,提高翼的空气动力学,同时也提高了敏捷,是基于一个小系统,轻量级的子单元,可以通过一组小型专业机器人组装,并最终可以用来构建整个机体。机翼将由一个“皮肤”由重叠的部分,可能像鳞片或羽毛。

《华尔街日报》中描述的新概念柔软的机器人,Neil Gershenfeld的一篇论文中,主任麻省理工学院的比特和原子中心(CBA);本杰明Jenett,CBA的研究生;肯尼斯·张博士CBA校友和NASA的科学家;和其他四人。

研究人员多年来一直在实现一个可靠的变形方式代替传统的翅膀,单独的,表面移动,但是所有这些努力”没有什么实际的影响”,Gershenfeld说。最大的问题是,大部分的这些尝试依靠机翼变形通过使用机械控制结构中,但这些结构往往是如此沉重,他们取消了任何流畅的空气动力学表面产生的效率优势。他们还增加了复杂性和可靠性问题。

相比之下,Gershenfeld说,”我们让整个机翼的机制。这不是我们放入翼。”在团队的新方法,整个机翼的形状可以改变,和扭曲均匀沿着它的长度,通过激活两个小发动机扭转压力适用于每个翼尖。

像建筑块


新概念背后的基本原理是利用一个微小的数组,轻量级的结构部分,Gershenfeld称之为“数字材料”,可以组装到一个几乎无限的各种形状,就像组装乐高积木的结构。组装,手工执行最初的实验,可以通过简单的微型机器人爬行或内部结构成形。这样的机器人研究小组已经开发了原型。

强劲,僵硬的各个部分,但确切的尺寸和材料的选择,和他们是如何组装的几何,允许一个精确的调优的最终形态的灵活性。对于初始测试结构,目标是让机翼扭曲以精确的方式,代替独立的结构块的运动(如小副翼在传统翼的后缘),同时提供一个单一的、光滑表面空气动力学。

建立一个庞大而复杂的结构数组的小,相同的积木,这有一个特殊的结合强度,重量轻和灵活性,极大地简化了生产过程,Gershenfeld解释道。而建设的轻型复合翅膀对于今天的飞机需要大,专业设备分层和硬化的材料,新的模块化结构可以迅速的大批量生产,然后组装机器人。

Gershenfeld和他的团队一直在追求这种方法构建复杂结构多年来,有许多潜在的应用各种机械设备。例如,这种方法可能会导致机器手臂和腿的形状可以不断地弯曲,沿其整个长度,而不是仅仅拥有一个固定数量的关节。

本研究,Cheung说,”提出了一种通用的策略增加高度兼容的性能,“软”——机器人和机制”,代替传统的灵活的材料与新细胞材料”低得多的重量,更多的可调,能消除能源以低得多的利率”而等效刚度。

节约燃料,减排


虽然这种新兴技术的探索可能的应用,Gershenfeld和他的团队咨询与NASA的工程师和其他人设法提高飞机制造的效率和飞行。他们认识到,“你可以连续变形机翼形状做纯粹的升力和辊一直是该领域的圣杯,效率和灵活性”,他说。鉴于燃料成本的重要性在航空业的经济和部门对温室气体排放的贡献,即使很小的改善燃油效率产生重大影响。

风洞测试的结构表明,它至少与传统机翼的气动特性,大约十分之一的重量。

机翼的“皮肤”也增强了结构的性能。它是由重叠的弹性材料,分层的有点像羽毛或鱼鳞,允许的作品跨越彼此随着机翼展示,同时还提供一个光滑的外表面。

还提供了模块化结构更易于组装和拆卸:这个系统的一大优势,原则上,Gershenfeld说,是,当它不再需要,整个结构可以分解为它的组成部分,然后可以重组成完全不同的东西。同样的,维修可以由简单的替换受损单元的一个领域。

”检查机器人可以找到破碎的部分是和替换它,和保持飞机100%的健康,”Jenett说。

在风洞试验成功后,这个团队现在正扩展的测试工作可以飞行的无人驾驶的飞机,和初始测试显示伟大的承诺,Jenett说。”第一个测试是通过认证测试飞行员,他发现这样做回应,他决定做一些特技飞行。””

第一批使用的技术可能会使小,机器人飞机——“高效的远程无人机”,Gershenfeld说,这可能被用于发展中国家向偏远地区提供药物的一种方式。

研究小组还包括麻省理工学院研究生山姆Calisch比特和原子中心;康奈尔大学的丹尼尔Cellucci;尼克·克莱默在加州大学圣克鲁斯分校;和美国宇航局艾姆斯研究中心的研究员肖恩Swei山景城加州。支持的工作是NASA航空研究所团队播种计划,美国宇航局老年性视网膜黄斑性病变收敛航空解决方案项目,NASA空间技术研究奖学金计划。

期刊引用:
本杰明Jenett,山姆Calisch,丹尼尔•Cellucci尼克•克莱默Neil Gershenfeld肖恩·Swei肯尼斯·C。张。“数字变形翼:主动机翼塑造概念使用复合Lattice-Based细胞结构。柔软的机器人,2016;DOI:10.1089 / soro.2016.0032

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