Aileron, rudder, flap sayap — semua hal yang membuat pesawat lurus, atau memungkinkannya memetakan arah baru — hanya merupakan perkiraan saja. Biasanya, potongan-potongan ini menempel pada bagian belakang sayap dan ekor, dan ketika mereka bergerak ke atas atau ke bawah, membuat seret dan menyebabkan pesawat mengubah arah atau ketinggian.
Sayap fleksibel dan berkelanjutan yang dibangun oleh NASA dan kolaborator di MIT, University of California, Santa Cruz, dan beberapa universitas lain dapat mencapai hasil yang sama secara lebih efisien, mengurangi konsumsi bahan bakar dan biaya membangun pesawat.
"Salah satu poin utama adalah bahwa kita bisa mendapatkan kinerja semacam ini dengan biaya yang sangat rendah, " kata Kenneth Cheung, seorang ilmuwan NASA yang turut memimpin proyek tersebut. "Dan ada janji skalabilitas dari kenyataan bahwa kita dapat menggunakan balok bangunan yang relatif kecil."
Sayap, yang dijelaskan dalam jurnal Soft Robotics , terdiri dari bagian serat karbon kecil yang berpotongan untuk membentuk kisi yang fleksibel dan ringan yang masih kaku di semua arah yang benar.
Seret pada sayap tradisional menginduksi semacam arus eddying udara di sekitar sayap (lebih dari yang dibutuhkan untuk mengangkat sendiri) dan bahwa udara bergetar dengan apa yang disebut mode bergetar, bentuk dan ukuran dan frekuensi yang tergantung pada kecepatan Kerajinan. Sayap yang kaku dan berat seperti aluminium pada 747 cukup kuat untuk menahan getaran itu dan tidak terpotong, bahkan pada kecepatan tinggi. Ini adalah model pesawat yang telah dicapai berdasarkan dekade mengejar penerbangan yang lebih cepat, kata Cheung.
Hasilnya adalah, semua di sekitar pesawat dalam penerbangan adalah bentuk bergerak yang terbuat dari udara. Cheung menyebut mereka aliran bebas, dan tujuannya adalah untuk mencocokkan bentuk pesawat, pada saat tertentu, dengan aliran. Pelintiran pada sayap dapat membuat bentuk pesawat berubah dengan lancar, sedikit seperti peselancar yang menangkap gelombang.
Prinsip dasar di balik konsep baru ini adalah penggunaan susunan potongan struktural yang mungil dan ringan yang dapat dirangkai menjadi berbagai bentuk yang hampir tak terbatas. (Kenneth Cheung / NASA) “Ailerons kaku hanyalah perkiraan longgar dari apa yang sebenarnya kondisi yang Anda coba capai, ” katanya. "Jadi efisiensi yang Anda dapatkan dengan mencocokkan kondisi aerodinamis bisa sangat signifikan."
Bukan hal baru untuk membangun sayap yang bisa berubah bentuk. Faktanya, Wright Brothers melakukannya — pesawat mereka didasarkan pada sayap kayu dan kanvas yang fleksibel. Baru-baru ini, Airbus telah bereksperimen dengan sayap cetak 3D yang fleksibel, dan sebuah perusahaan bernama FlexSys menerbitkan video bulan ini tentang aileron yang lebih tradisional yang melenturkan dan bukannya slide.
"Ini peningkatan efisiensi yang cukup besar di pesawat terbang, " kata David Hornick, presiden dan COO dari FlexSys. “Kamu benar-benar mempertahankan bentuk airfoil yang sebenarnya ketika kamu melakukan pendekatan morphing ini. Bentuk airfoil masih ada, Anda mengurangi jumlah drag yang akan dibuat dengan meletakkan permukaan kontrol berengsel di atasnya. "
"Sayap yang sepenuhnya fleksibel akan sedikit menantang" karena kurang mirip dengan bentuk sayap tradisional, kata Hornick. "Tapi sejujurnya, apa yang mereka lakukan sangat luar biasa."
Peneliti lain di Universitas Teknologi Delft dan di Texas A&M juga telah merancang dan membuat sayap morphing, tetapi apa yang istimewa tentang sayap NASA ada di dalamnya. Serat karbon ringan, mudah dibentuk, dan kaku. Tapi itu rapuh, dan cenderung pecah ketika ditekan ke arah yang salah. Cheung dan timnya mengembangkan unit kecil yang saling terkait yang dapat disatukan untuk membuat kisi serat karbon tiga dimensi. Secara individual, mereka kaku, tetapi keseluruhannya fleksibel. Ini juga sangat ringan.
“Jika Anda mengambil strategi blok bangunan ini untuk membangun kisi tiga dimensi ini dari bagian serat karbon, Anda mendapatkan sesuatu yang dapat Anda perlakukan sebagai bahan kontinu, ” kata Cheung. “Anda mendapatkan kinerja yang sangat bagus. Kami benar-benar menunjukkan kekakuan spesifik tertinggi yang pernah ditunjukkan untuk bahan ultra ringan. ”
Setelah kisi dibangun, tim berlari batang dari badan pesawat ke ujung sayap, yang, ketika diputar oleh motor di badan pesawat, memutar ujungnya, dan sisa sayap mengikuti. Semuanya diselubungi dalam polimida yang disebut Kapton, bahan tembaga seperti pita yang digunakan dalam papan sirkuit fleksibel.
Arsitektur sayap yang baru dikembangkan dapat sangat menyederhanakan proses pembuatan dan mengurangi konsumsi bahan bakar dengan meningkatkan aerodinamika sayap. Ini didasarkan pada sistem subunit kecil, ringan yang dapat dirakit oleh tim robot khusus kecil, dan pada akhirnya dapat digunakan untuk membangun seluruh badan pesawat. (Kenneth Cheung / NASA) Manfaat selanjutnya adalah modularitas komponen; hampir seluruh sayap dirakit dari kepingan yang identik, artinya sebuah maskapai penerbangan yang ingin menggunakannya bisa menghemat besar pada proses pembuatannya juga. Mereka juga dapat diganti secara individual, yang berarti perbaikan lebih murah, atau dikonfigurasi ulang menjadi bentuk baru untuk pesawat lain.
"Apa yang telah mereka lakukan adalah, mereka telah menggunakan struktur ringan dan kaku ini dengan cara yang membuat seluruh struktur dapat dideformasi, " kata Haydn Wadley, seorang profesor ilmu dan teknik material yang bekerja pada deformable, tetapi kisi-kisi bentuk yang kuat - paduan memori di University of Virginia. "Ini adalah jenis hal, Anda dapat membayangkan turbin angin yang mengubah bentuk airfoil untuk menentukan jumlah energi yang dihisapnya dari angin."
Tim peneliti telah memasang sayap di pesawat kendali jarak jauh, dan uji terbang di masa depan akan menampilkan pesawat yang lebih besar — hingga rentang sayap tiga meter — dengan sensor yang dipasang pada mereka untuk memantau sayap dan seberapa cocoknya dengan aliran udara di sekitarnya . Akhirnya, teknologi itu bisa muncul di pesawat berawak atau bahkan pesawat komersial. Tetapi bahkan langit mungkin bukan batasnya.
“Kami juga menantikan aplikasi ruang angkasa potensial. Jelas, jika Anda akan membangun pesawat ruang angkasa atau habitat di ruang angkasa, Anda tidak memiliki pabrik di sana untuk membangunnya, ”kata Cheung. "Kami tahu kami memiliki semua aplikasi ini di ruang angkasa yang jauh lebih besar daripada yang bisa kami luncurkan, jadi kami harus membangunnya."
