Uma equipe de engenheiros construiu e testou um tipo radicalmente novo de asa de avião, montado a partir de centenas de pequenas peças idênticas. A asa pode mudar de forma para controlar o voo do avião e pode fornecer um aumento significativo na eficiência do voo e manutenção de aeronaves, dizem os investigadores.
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A nova abordagem para a construção de asas poderia proporcionar maior flexibilidade na conceção e fabrico de futuras aeronaves. O novo design da asa foi testado num túnel de vento da NASA e foi descrito num artigo na revista Smart Materials and Structures.
Em vez de exigir superfícies móveis separadas, como ailerons para controlar o avião, como as asas convencionais, o novo sistema de montagem torna possível deformar toda a asa, ou partes dela, incorporando uma mistura rígida e flexível de componentes na sua estrutura. Os minúsculos subconjuntos, que são aparafusados juntos para formar uma estrutura de treliça aberta e leve, sendo então cobertos com uma fina camada de material polimérico semelhante à estrutura.
O resultado é uma asa que é muito mais leve e, portanto, muito mais eficiente em termos energéticos, do que aqueles com desenhos convencionais, feitos de metal ou compósitos, dizem os pesquisadores. Como a estrutura, é composta por milhares de minúsculos triângulos de suportes semelhantes a palitos de fósforo, é composta principalmente de espaços vazios, forma um "metamaterial" mecânico que combina a rigidez estrutural de um polímero semelhante à borracha e a extrema leveza e baixa densidade de um aerogel.
Cada uma das fases de um voo, descolagem e aterragem, cruzeiro, manobra, tem seu próprio conjunto diferente de parâmetros otimizados de asa. Uma asa que é constantemente deformável poderia dar a melhor configuração para cada estágio de voo.
Embora seja possível incluir motores e cabos para produzir as forças necessárias para deformar as asas, a equipe deu um passo além e projetou um sistema que responde automaticamente a mudanças em suas condições de carga aerodinâmica, mudando sua forma, num de processo de reconfiguração de asa passiva auto ajustável.
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"Somos capazes de ganhar eficiência combinando a forma com as cargas em diferentes ângulos de ataque", diz Cramer, principal autor do estudo. "Somos capazes de produzir exatamente o mesmo comportamento que você faria ativamente, mas fizemos isso passivamente".
Tudo isto é conseguido através do desenho cuidadoso das posições relativas das escoras com diferentes quantidades de flexibilidade ou rigidez, projetadas de modo que a asa, ou seções dela, dobre de maneiras específicas em resposta a tipos específicos de tensão.
Embora esta versão tenha sido montada à mão por uma equipe de estudantes de pós-graduação, o processo repetitivo é projetado para ser facilmente realizado por pequenos robôs de montagem autónomos.
As partes individuais da asa anterior foram cortadas usando um sistema de jato de água, e levou vários minutos para fazer cada parte. O novo sistema usa moldagem por injeção com resina de polietileno em um molde 3-D complexo e produz cada peça, essencialmente um cubo oco feito de hastes do tamanho de um palito ao longo de cada borda, em apenas 17 segundos.
"Agora temos um método de fabrico", diz ele. Embora haja um investimento inicial em ferramentas, depois de isso, "as peças são baratas.
A rede resultante, diz ele, tem uma densidade de 5,6 quilos por metro cúbico. A título de comparação, a borracha tem uma densidade de cerca de 1.500 quilogramas por metro cúbico. "Têm a mesma rigidez, mas menos de um milésimo da densidade".
Estudos mostraram que uma estrutura integrada de corpo e asa pode ser muito mais eficiente para muitas aplicações, e com esse sistema elas podem ser facilmente construídas, testadas e modificadas.
"A pesquisa indica uma promessa de reduzir custos e aumentar o desempenho das estruturas grandes, leves e rígidas", diz Daniel Campbell, investigador de estruturas da Aurora Flight Sciences, empresa da Boeing, que não esteve envolvida nesta pesquisa. "As aplicações de curto prazo mais promissoras são aplicações estruturais para aeronaves e estruturas espaciais, como antenas".
A nova asa foi projetada para caber no túnel de vento de alta velocidade da NASA no Centro de Pesquisas Langley, onde foram realizados testes .
O mesmo sistema poderia ser usado para fazer outras estruturas também, incluindo as lâminas de turbinas eólicas em forma de asa, onde não há necessidade de fazer montagem no local poderia evitar os problemas de transportar pás cada vez maiores. Montagens similares estão sendo desenvolvidos para construir estruturas espaciais e podem eventualmente ser úteis para pontes e outras estruturas de alto desempenho
