Wiedza w projektowaniu skrzydeł ze zmianą kształtu

Konstrukcja skrzydeł ze zmianą kształtu ma za zadanie zaspokoić dwa sprzeczne wymagania. Mówiąc dokładniej, powłoka zewnętrzna powinna być na tyle elastyczna, by zmiana kształtu skrzydeł pochłaniała minimalną ilość energii. Jednocześnie powinna być wystarczająco sztywna, by zdołała zachować nowy kształt w warunkach obciążenia aerodynamicznego, gdy mechanizm zmiany kształtu nie jest aktywny.

Badacze uczestniczący w finansowanym przez UE projekcie MOSKIN (Morphing skin with tailored non-conventional laminate) zaproponowali podejście oparte na optymalizacji aerodynamiki, sztywności i mechanizmu aktywacji dla danego kształtu. Kształt optymalny gwarantuje wydajność aerodynamiczną, podczas gdy mechanizmy i materiały spełniają wymogi kinematyczne i konstrukcyjne.

Zespół projektu stworzył oprogramowanie modelujące metodą elementów skończonych przeznaczone do oceny deformacji i odpowiadających czułości, które ma służyć do optymalizacji sztywności sterowanych włóknami laminatów o zmiennej grubości. Zmodyfikowane właściwości laminatu są następnie wprowadzane do kodu i trwa kontynuacja pętli, do czasu aż zaprojektowana powłoka zdolna będzie do przybrania wcześniej zdefiniowanego kształtu.

Członkowie projektu MOSKIN zademonstrowali możliwości tej wieloetapowej procedury optymalizacyjnej na przykładzie prostego panelu o zmiennej grubości. Zaprojektowany panel wyprodukowano za pomocą maszyny do zautomatyzowanego zbrojenia włóknami i przetestowano przy użyciu worków z piaskiem naśladujących obciążenia aerodynamiczne. Zmierzone odchylenia pozostawały w zgodzie z wynikami analizy metodą elementów skończonych.

Oczekuje się, że oprogramowanie do dopasowywania do potrzeb materiałów kompozytowych znajdzie zastosowanie w sektorze lotniczym, motoryzacyjnym i energii wiatrowej, w których projektowanie konwencjonalnych i niekonwencjonalnych konstrukcji kompozytowych wymaga udoskonalenia. Z kolei udoskonalenie konstrukcji ostatecznie poprawi zarówno właściwości aeroelastyczne, jak i termiczne i wibracyjne.