Űrtechnológiák. Alakformálás és repülés alakítása
természetes morf
madár morph
A kutatók és megfigyelők régóta felismerték, hogy a madarak és más repülő lények megváltoztatják testszerkezetük helyzetét repülés közben, hogy bizonyos manővereket hajtsanak végre, vagy beállítsák szárnyukat a változó repülési körülményekhez.
Ez a sas lábait a testnek támasztja, hogy csökkentse az aerodinamikai ellenállást. Vegye figyelembe a szárnyak nyújtását is (általában lassításra használják), és a tollakat szétterítjük rajtuk, hogy feltörjük a szárnyvég örvényeit, amelyek növelik a légellenállást.
A repülőgépek tervezésének egy másik jól ismert példája a behúzható futómű, amely ugyanazt a célt szolgálja egy repülőgépnél, mint egy madárnál, amikor repülés közben a lábát a testéhez húzza.
Vagyis az ilyen típusú átalakítás drámaian csökkenti az aerodinamikai ellenállást, ami viszont növeli a ragadozómadár energiahatékonyságát, és ez üzemanyag-takarékossághoz is vezet a repülőgépekben.
További „alacsony technológiájú” átalakítási példák közé tartoznak a mozgatható vezérlőfelületek, amelyek az erők és a nyomaték átvitelére szolgálnak a repülőgépre a manőverezés és a stabilitás érdekében, a „lécek”, „rések” és „szárnyak”, amelyek kinyúlnak, hogy átalakítsák a szárnyat, nagyobb emelést biztosítva alacsonyabban. a fel- és leszállási sebességeket, valamint a lecsapott szárnyakat, amelyek lehetővé teszik, hogy a repülőgép hatékonyan repüljön nagyon változó légsebesség mellett, például amikor szubszonikusról szuperszonikusra vált át.
A morfológiai technológiák múltbeli példái minden bizonnyal úttörőnek számítottak a maguk korában, de mára meglehetősen általánossá váltak – némelyik nem is számít morfondírozásnak.
Metal Morphing
Valójában mióta az ember elkezdett fémet kovácsolni tűzzel, a "fém állapota" változékony.
Az európaiak, akik az 1930-as években tesztelték a fémet "rugalmasság" és feszültség szempontjából, megjegyezték, hogy egyes (alumíniumtartalmú) ötvözetek egyfajta pszeudorugalmasságot mutathatnak (ez egyébként így van).
A fémmorfológiát a Szovjetunióban találták fel?
Emlékezzünk erre az objektivitás kedvéért.
A fémötvözetek alakmemória-effektusát a Szovjetunióban fedezték fel G. V. Kurdyumov és L. G. Khandros tudósok, és 17. március 1949-én tudományos felfedezésként formalizálták, empirikusan megerősítették, és a fémötvözetek diffúziómentes fázisátalakulásaival kapcsolatosak. A nyitott hatást kísérletileg fedezték fel olyan fémeken alapuló ötvözetek esetében, mint az arany, réz, kobalt, vas és nikkel.
Mi az értelme?
Ennek a felfedezésnek vagy nyilatkozatnak a státusza alacsonyabb, mint bármely, például az Egyesült Államokban bejegyzett, még orosz szabadalomnál is.
Arról nem is beszélve, hogy az „alakmemória-effektus” egészének felfedezése 1932-ig nyúlik vissza, amikor Arne Olander svéd vegyész először fedezte fel ezt a tulajdonságot az arany-kadmium ötvözetekben.
Jelenleg az Orosz Föderáció jelenlegi Polgári Törvénykönyve, amely meghatározza a szellemi tevékenység eredményeire (szellemi tulajdonra) vonatkozó kizárólagos jogok megjelenésének okait és gyakorlásának eljárását, nem szabályozza a tudományos felfedezésekhez kapcsolódó jogviszonyokat.
A Szovjetunióban azt javasolták, hogy a tudományos felfedezést az anyagi világ korábban ismeretlen, objektíven létező és ellenőrizhető szabályszerűségeinek, tulajdonságainak és jelenségeinek megállapításaként értsék, amelyek alapvető változásokat vezetnek be a tudás szintjén.
A vicces az, hogy mivel a világ tudományos közössége soha nem vett részt a szovjet/orosz felfedezések elismerésében, státuszukat orosz szakértők határozták meg, akik között soha nem volt Nobel-díjas vagy olyan tudós, akinek a h-indexe (HI) lenne Legalább 30. Vagyis a világtudományban jelenleg létező, megállapodások szerint egyikük sem volt nagy tudós.
Ez egy megjegyzés azoknak, akik tisztázni akarják az orosz Wikipédián vagy orosz tudósok cikkeinek tartalmát, beleértve az „áltudományi bizottság” (az áltudományok elleni küzdelem bizottsága – az áltudományok elleni tudományos koordináló szervezet) vezetőjét. Az Orosz Tudományos Akadémia Elnöksége), "belépő nélküli akadémikus", akinek IM szintén nem éri el a 20-at, de aki "mindent tud" és mindent megítél.
Nem létezik tiszta fém alakmemóriával (SMA). Mindig ötvözet.
A legáltalánosabb meghatározás.
SPF olyan fémötvözetek csoportja, amelyek visszatérhetnek eredeti állapotukba.
A XNUMX. század morfondírozása
A múlt „low-tech” átalakítási terveivel ellentétben az átalakuló repülőgépet ma a következőképpen határozzák meg "olyan, amely innovatív működtetőket, működtetőket és egyéb mechanizmusokat használ állapotának adaptálásához, hogy javítsa a viselkedést és a teljesítményt, ha többféle környezetben vagy különböző körülmények között repül.".
Az elmúlt évszázadok innovációi ellenére repülés A modern repülőgépek sokoldalúsága továbbra is sokkal rosszabb, mint a biológiai prototípusoké és analógoké.
És most a repüléstechnika és -tervezés területén végzett kutatás továbbra is a természetből merít ötleteket és inspirációt. De az is nyilvánvaló, hogy technikai képességeink súlyosan elmaradnak az isteni alkotások természetes képességeitől.
Elért jellemzők, tulajdonságok és hatások, gyakorlati vonatkozások
alak memória effektus. Az anyag használható működtető mechanizmusként, hogy erőt adjon az alak visszaállításához.
Pszeudoelaszticitás. Az anyagot meg lehet feszíteni, hogy viszonylag állandó feszültségi szint mellett nagy visszanyerhető alakváltozások keletkezzenek.
Hiszterézis. Lehetővé teszi az energia disszipációját a pszeudoelasztikus reakció során.
Magas működtetési feszültség (400-700 MPa). A kis keresztmetszetű alkatrészek jelentős erőket generálhatnak.
Magas működtetési terhelés (kb. 8%). A rövid hosszúságú alkatrészek nagy mozgást biztosítanak.
Nagy energiasűrűség (kb. 1200 J/kg). Kis mennyiségű anyag szükséges egy jelentős működtetéshez.
XNUMXD működés. Sokféle alakban gyártott polikristályos SMA alkatrészek, amelyek számos hasznos geometriát biztosítanak.
Működési gyakoriság. A nagy komponenshűtési sebesség elérésének nehézségei korlátozzák a nagyfrekvenciás alkalmazásokban való felhasználást.
Energiahatékonyság (10-15%). A működéshez szükséges hőenergia mennyisége sokkal nagyobb, mint a mechanikai munka teljesítménye.
Az átalakulás által kiváltott plaszticitás. A ciklikus reakció során felhalmozódó plaszticitás végül az anyag meghibásodásához és meghibásodásához vezet.
Néhány modern SPF és jellemzőik
térformáló
Az alakmemóriás ötvözetek felhasználási területei szerteágazóak.
Kiemelt megvalósításuk azokon a területeken valósul meg, ahol az új termékek funkcionalitása magas díjakkal jár: gyógyászat, repülés és űrhajózás; tűzoltás, valamint az olaj- és gázipar. Még a cirkuszban is...
A közönség érdeklődését figyelembe véve csak a repülési-katonai-űr alkalmazását vesszük figyelembe.
Repülési alkalmazásoknál a súlymegtakarítás nagyon fontos. A Shape Memory Alloys speciális anyagok, amelyek nagyobb nyomatékot és tömegteljesítményt biztosítanak, kevesebb alkatrészt igényelnek, és kevesebb karbantartást igényelnek, mint a repülés- és hajtóművezérléshez szükséges hagyományos hidraulikus működtetők.
Ez az alakmemória-effektus révén érhető el. Az SMA felfűtésekor vagy hűtésekor reverzibilis fázisváltozás következik be, és az ellenkező terhelés mellett is visszaáll eredeti alakja.
Ez megadja ezeknek az anyagoknak azokat az attribútumokat, amelyekre szükségük van ahhoz, hogy életképes anyagokat helyettesítsenek a repülőgépiparban a különféle tervekhez.
Például:
• A fő szerkezetek anyagai;
• önkioldó szerkezetek (antennák, napelemek stb.);
• a napelemsorok tájolásának mechanizmusai;
• szerszámok szerelési munkákhoz (anyacsavarok, önfeszítő kapcsok és tengelykapcsolók; bilincsek, peremek stb.);
• forgószerkezetek hajtásai (kormánykormányok, redőnyök, nyílások stb.);
• manipulátorok stb.
Az SMA tulajdonságai lehetővé teszik olyan eszközök létrehozását, amelyek a szerkezeti elemek deformációs mozgásainak komplex kinematikáját valósítják meg az eszközök maximális súlyvisszatérítésével, szerkezeti egyszerűségével és minimális térfogatú elhelyezésével.
Примеры
1993-ban a nyílt űrben lévő Mir állomáson összeszerelték a Sophora orientációs tolótartót.
A hűtött állapotban lévő perselyek formájú tengelykapcsolókat deformálták, hogy növeljék belső átmérőjüket. A csőszerű elemek végeinek a hüvelybe való behelyezése és a fordított martenzit transzformáció hőmérséklete fölé történő melegítése után a hüvely csökkentette a belső átmérőt, megbízható deformációs kapcsolatot biztosítva.
A Mir állomáson egy SPF meghajtó segítségével (vezeték formájában, amelyen elektromos áramot vezettek át a felmelegítés érdekében) kihelyezték a Rapana farmot, és két, egyenként 40 m átmérőjű antennát telepítettek. a Progress-20 űrkamionon.
Természetesen később is voltak jelentkezések.
NASA
A NASA az űrhajók intelligens adaptív anyagaként fejleszti az alak-visszanyerő fémeket.
A NASA virginiai Langley Kutatóközpontja kulcsszerepet játszik ebben a törekvésben. Anyagipari Kiválósági Központja lázasan dolgozik alakváltó repülőgépeken.
Dr. Anna McGowan – a NASA Anyagmorfológiai Programjának igazgatója
Anna McGowan, előadás a NASA Langley-i Kutatóközpontjában.
Hogy megvilágítsa, mi is az összetett rendszer, McGowan összehasonlította az iskolában tanult hagyományos mérnöki technikával.
Ezzel a régóta bevált megközelítéssel „egy nagyon összetett rendszert vett fel, és addig bontotta, amíg rá nem jött a részletekre” – mondta.
"Aztán egyenként elemezted az alkatrészeket, és miután megértetted a részeket, visszadugtad, hogy megértsd az egész rendszert."
Ezzel a régóta bevált megközelítéssel „egy nagyon összetett rendszert vett fel, és addig bontotta, amíg rá nem jött a részletekre” – mondta.
"Aztán egyenként elemezted az alkatrészeket, és miután megértetted a részeket, visszadugtad, hogy megértsd az egész rendszert."
Komplex rendszerek esetén azonban ez a lineáris redukcionista megközelítés nem működik.
„A komplex rendszerek a tanulási metszéspontok függvényei” – mondta McGowan. "Most a határok a különböző összetevők között homályosak."
Vagy más szóval: "A mérnöki komplex rendszerek jobban függenek az összetevők kölcsönhatásától, mint maguktól az alkatrészektől."
Ezért szükséges a morfikus anyagok létrehozásáról komplexen gondolkodni, vagyis tulajdonképpen okos morfikus rendszerek létrehozásáról.
Ez a megközelítés valóban hasznos lehet ígéretes űrhajók fejlesztésében.
Az alakváltó hajóval ilyen anyag felhasználásával lehet vezérelni a légellenállás-csökkentést, a terheléscsökkentést, a zajcsökkentést, valamint az érzékelők és aktuátorok koordinációját.
A legfontosabb, hogy egy nap egy ilyen anyag egy „öngyógyító űrhajóhéj” alapjául szolgálhat, amely képes öngyógyulni.
Ez az átalakítás lehetővé teszi a gép számára, hogy „emlékezzen” a korábbi konfigurációkra, vagy „emlékezzen” önmagára a jövőbeli funkciókhoz.
Amikor az anyag képes átalakulni, a hajó alakja megváltoztatható, hogy megfeleljen a mozgási környezetnek. Az ilyen anyagok pedig „álcázhatják” a repülőgépeket és az űrhajókat, ami „megzavarja” a nézőket.
puha robotika
Terminátor #2 egy tipikus puha robot
A Terminátor a sci-fi filmek egyik legikonikusabb karaktere.
De ez a technológia valószínűleg még sok évtizedre van hátra, nem?
Valószínűleg nem.
Folyékony fém
A folyadék formálásához használt elektromos mezőket számítógéppel generálják, ami azt jelenti a folyékony fém helyzete és alakja dinamikusan programozható és vezérelhető.
„A folyékony fémek az anyagok rendkívül ígéretes osztályát alkotják a deformálható alkalmazásokhoz; egyedülálló tulajdonságaik közé tartozik a feszültségvezérelt felületi feszültség, a nagy folyadékállapotú vezetőképesség és a folyadék-szilárd fázisátalakulás szobahőmérsékleten.”
– mondta Sriram Subramanian professzor, a Sussexi Egyetem INTERACT laboratóriumának vezetője.
„Nálunk és sok más kutatónk egyik hosszú távú elképzelése az, hogy digitális vezérléssel megváltoztassuk bármely tárgy fizikai formáját, megjelenését és funkcionalitását, hogy olyan intelligens, fürge és hasznos objektumokat hozzunk létre, amelyek felülmúlják bármely modern kijelző, ill. a robot".
– mondta Sriram Subramanian professzor, a Sussexi Egyetem INTERACT laboratóriumának vezetője.
„Nálunk és sok más kutatónk egyik hosszú távú elképzelése az, hogy digitális vezérléssel megváltoztassuk bármely tárgy fizikai formáját, megjelenését és funkcionalitását, hogy olyan intelligens, fürge és hasznos objektumokat hozzunk létre, amelyek felülmúlják bármely modern kijelző, ill. a robot".
Programozható folyékony fémek
"Ez a programozható folyékony halmazállapotú anyagok új osztálya, amely dinamikusan képes átalakulni egyszerű cseppformából sok más összetett geometriává, ellenőrzött módon."
– mondta Yutaka Tokuda, a Sussexi Egyetem projektkutatója.
– mondta Yutaka Tokuda, a Sussexi Egyetem projektkutatója.
Míg a Tokuda csoport kutatása gyerekcipőben jár, az általuk összegyűjtött bizonyítékok arra ösztönözték őket, hogy felfedezzék a lehetséges alkalmazásokat, beleértve a puha robotikát és az intelligens elektronikát.
Digitális vezérlés
Ez a kutatás lehetővé tette, hogy a számítógéppel vezérelt elektromos mezőket ne csak a folyékony fém alakjának megváltoztatására, hanem a térben való mozgatására is használják.
A kutatók hosszú távú elképzeléseik szerint egy napon a rugalmas objektumok digitális vezérlésével olyan "intelligens, fürge és hasznos tárgyakat hozhatnak létre, amelyek felülmúlják bármely modern kijelző vagy robot funkcionalitását".
Új formaváltó okos anyag, öngyógyító, puha robotikához tervezve
A puha robotika, a hordható technológia és az ember-gép interakció fejlődése a szakítószilárdságú anyagok új osztályát követeli meg, amelyek adaptív módon változtathatják alakjukat, csak a kézi elektronikára támaszkodva áramforrásként.
A Carnegie Mellon Egyetem kutatói olyan anyagot fejlesztettek ki, amely a magas elektromos és hővezető képesség és a működtetőképesség egyedülálló kombinációját mutatja.
Az anyag másik fontos jellemzője a jelentős sérülésekkel szembeni ellenálló képessége.
"Megfigyeltük az elektromos öngyógyító és sérülésészlelési képességeket ennél a kompozitnál, de a sérülésészlelés egy lépéssel tovább ment, mint a korábbi folyékony fémkompozitok."
– magyarázta Michael Ford, a Soft Machines Lab kutatója és a tanulmány vezető szerzője.
"Mivel a sérülés új vezető nyomokat hoz létre, amelyek aktiválhatják az alakváltozást, a kompozit egyedileg reagál a sérülésekre."
– magyarázta Michael Ford, a Soft Machines Lab kutatója és a tanulmány vezető szerzője.
"Mivel a sérülés új vezető nyomokat hoz létre, amelyek aktiválhatják az alakváltozást, a kompozit egyedileg reagál a sérülésekre."
Az anyag nagy elektromos vezetőképessége lehetővé teszi, hogy a kompozit kölcsönhatásba lépjen a hagyományos elektronikával, dinamikusan reagáljon az érintésre, és reverzibilisen megváltoztassa az alakját. Bármilyen, nyújtható elektronikát igénylő alkalmazásban használható: egészségügy, ruházat, hordható számítástechnika, segédeszközök és robotok, valamint űrutazás.
A munkát a Hadseregkutatási Hivatal támogatásával finanszírozták.
Nitinol
Nitinol vagy titán-nikkelid - intermetallikus vegyület (a komponensek közötti rögzített arányú fémek kémiai vegyülete).
Nitinol az űrben
A NASA-nak hosszú történelem anyagtudományi és mérnöki kísérletek végzése az űrben. E tanulmányok közül sok továbbra is titkos.
Információk szerint a NASA titkos kísérletek céljából nitinolt küldött az űrbe. A felmerülő információk azt mutatják, hogy az 1990-es években az űrsikló és az űrállomás repülései során speciális tesztkamrákba helyezték. És 2017-ben még a mi ISS-ünkön is.
A világűr súlytalansága és gravitációmentes környezete támpontokat adhatott a "furcsa gyártáshoz és feldolgozáshoz", valamint ahhoz, hogy az anyag hogyan és miért "alakulhat át".
Az is ismertté vált, hogy a Wright-Patterson Air Force Research Laboratory (AFRL) memóriafémből (nitinol) álló űrhajóalkatrészeket fejlesztett ki, és ezeket az egyedülálló morfológiai rendszereket az űrbe bocsátotta. A Wright-Patterson AFRL évtizedek óta fejleszt memóriafém alapú űrhajórendszereket.
Maga a bázis, amely a Roswell-től kapott és kutatott memóriafémet, legalább három demó alkalommal használta a technológiát három kevéssé tárgyalt kilövő űrhajóval:
• A MIghtSat/FalconSat egy kis műhold, amelyet az AFRL fejlesztett ki fejlett képalkotó, kommunikációs és űrhajó "busz-összetevők" űrben történő tesztelésére, 2000-ben indították útjára egy kétéves küldetés során. A szakirodalom mélyreható kutatása utalásokat tár fel egy MightSat-re, amelyet memóriafém segítségével indítottak az űrbe. Az eszköz neve "AFRL Shape Memory Release Device", rövidítése pedig SMARD (vagy Shape Memory Alloy Release Device).
• 1997 júliusában a Wright AFRL Lightweight Flexible Solar Array (LFSA) nevű eszközét felbocsátották az űrbe. A műszaki hivatkozás a "forma memória ötvözet csuklópánt" kialakítására és az AFRL által a NASA-val, a DARPA-val és a Lockheed Martinnal közösen készített fém memóriaeszközre vonatkozik. Nagyon vékony nitinolt tartalmaz. Ezek a csíkok rendkívül rugalmas eszközökként szolgáltak, amelyeken a hajó csatlakoztatott részei elfordulhattak, billeghettek vagy reteszelhettek.
• A Lab jelenlegi küldetése az űrben egy űrhajó Rosetta. Wright kutatólaboratóriumai az Európai Űrügynökséggel közösen dolgoztak egy olyan űreszközön, amelyet úgy terveztek, hogy elsőként keringsen és landoljon egy üstökösön. Az „üstökösüldöző” hajó „alakmemóriás gázkioldó mechanizmussal”, egy speciális fém memóriaszeleppel van felszerelve.
A Rosetta egy automatikus bolygóközi állomás, amelyet egy üstökös tanulmányozására terveztek. Tervezte és gyártotta az Európai Űrügynökség a NASA-val együttműködve.
Az űreszközt 2004 márciusában indították a 67P/Csurjumov-Gerasimenko üstökösre. A program részeként 12. november 2014-én megtörtént a világ első ereszkedő jármű lágy landolása egy üstökös felszínén.
Az űreszközt 2004 márciusában indították a 67P/Csurjumov-Gerasimenko üstökösre. A program részeként 12. november 2014-én megtörtént a világ első ereszkedő jármű lágy landolása egy üstökös felszínén.
Az SPF anyagai és technológiái a repülésben
A múltban a repülőgépek változtatható söprögetőt, behúzható futóművet, behúzható szárnyakat és lamellákat, valamint "változható orrokat" használtak.
A tervezési gondolkodás visszatérése a repülés hajnalán alkalmazott repülőgép-irányítási elvekhez megerősíti, hogy minden új az elfeledett régi. A modern repülés morfikus koncepciója az Otto Lilienthal által kidolgozott repülőgép-irányítási elvekhez nyúlik vissza.
Például a rugalmas vagy morfikus szárny koncepciója sok okból nagyon ígéretes. A repülőgépek sebessége növekszik, és ez azt eredményezi, hogy a szárny aerodinamikai terhelése nő, és minden varrás vagy kiemelkedés természetesen befolyásolja az üzemanyag-fogyasztást. Az aerodinamikai formák "simaságáért" való küzdelem sürgető feladattá válik.
Megvalósult és lehetséges felhasználások
Ez kétszeresen is fontos a katonaság számára - morfikus aerodinamikai felületeik vonzzák azáltal, hogy csökkentik a repülőgép effektív visszaverő felületét a rádiós hatótávolságban, csökkentik a mechanikus hajtások súlyát - és ezáltal tartalékokat szereznek a hatótávolság, a manőverezőképesség és a túlélési képesség növelésére. a repülőgép harci ütközések során.
A jelentősebb alakváltozások is érdekesek, különösen a szárny felületének és a légszárny szabályozott dőlésszögének változása.
Vagyis nem a morfizálásról, mint absztrakt technológiáról beszélünk, hanem konstruktív megoldásokról, amelyek korábban elérhetetlen "morfikus" tulajdonságokkal rendelkező metaanyagokat használnak.
A XNUMX. század repülőgépei
Ez egy meglehetősen régi projekt, bár a 2001. századból való. Valójában a NASA XNUMX óta törekszik egy átalakuló repülőgép koncepciójának megalkotására.
De hosszú távon a NASA azt reméli, hogy átalakító repülőgépet tervez.
Ez a "XNUMX. század repülőgép- és űrhajója" néven ismert, és néha "Morphing Aircraft"-ként is emlegetett koncepció számos intelligens technológiát tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a repülés közbeni újrakonfigurálást az optimális repülési teljesítmény elérése érdekében, és a biomimetikai technológia példája.
Ebben az esetben a madár biológiai tervét utánozzák.
Az intelligens anyagok felhasználásával, amelyek rugalmasak és parancsra változtathatják alakjukat, a XNUMX. századi repülőgépek úgy alakíthatják a szárnyait, hogy a végeit kifelé és kissé felfelé nyújtják az optimális emelés érdekében.
De felszállás után egy repülőgépnek olyan szárnyra van szüksége, amely kisebb szélellenállást tud nyújtani, miközben megtartja az emelést. Ez az oka annak, hogy a 3000 méter feletti magasságban lévő szárnyak befelé esnek, és visszafordulnak, hogy minimálisra csökkentsék a légellenállást és növeljék a repülési sebességet.
Noha ennek a programnak még nem kell meghoznia gyümölcsét, ez egy izgalmas javaslat, amely bepillantást nyújt a jövőbe.
Eddig a modern tudomány és technológia technológiailag fejlettebb ötleteit valósítják meg.
Teherszállító repülőgép GIGAbay
Ez egy olyan koncepcióterv, amely fejlett kerámiák, szálak és szén nanocsövek felhasználásával masszív repülő felépítményt hoz létre.
A teherbírása akkora lesz, hogy leszállás után a gépből mobil erőmű, víztisztító vagy akár háromszintes autonóm kórház is alakítható.
Annak érdekében, hogy megőrizze ennek a "nagy szerkezetnek" az integritását, és ne legyen közös törzse, állandó nyomásváltozással repülés közben, felszerelhető egy belső aktív törzsrész AFS-sel, amely elosztja a nyomást a legjobb teljesítmény érdekében, és megakadályozza a repülőgép károsodását. a törzs.
Az AFS egy szénszálas szerkezetből áll, több mobil részből, több száz érzékelővel a teljes hosszában, valamint egy elektromos légszivattyú rendszerből, két külső légbeömlővel, amelyek nagy nyomáson nyomják vagy húzzák a levegőt;
Az AFS így alakítja át formáját, és mindezt különböző számítógépek vezérlik, amelyek ezredmásodpercenként elemzik a helyzetet.
Repülési morf
A repülési morfondírozás egy példa egy olyan képességre, amely sokkal többet foglal magában, mint az olyan szerkezeti konfigurációk, amelyek az állatok, például a denevérek, madarak és pillangók repülési képességét biztosítják.
Valóban, a morph repülés nagyon sokoldalú készség.
A morphing különféle diszciplináris vonatkozásai a következők szerint bonthatók:
Távirányító: Ösztönzők az alakváltáshoz.
A "reszponzív" anyagok potenciális alkalmazására és fejlesztésére természetesen az a fő hatás, hogy hogyan lehet őket mozgásba hozni. A természetes rendszerek ismét csak korlátozott ösztönzőkkel működnek.
A mesterséges világban a távvezérlés és a meglévő rendszerekkel való integráció kilátásai vonzó jelöltté teszik a fény-, elektromos- és mágneses tereket a reakciók szabályozására és a természetes határokon túllépés lehetőségének növelésére.
Nedvszívó képessége.
A hidrogélek olyan higroszkópos reakció prototípusai, amelyek mérete több mint 1100-szor változik, amikor az oldószer részecskék teljesen behatolnak a polimer hálózatukba, és hidrofil hatások miatt tágulást okoznak.
Kémia.
A vegyszerek jelenléte mindenütt jelenlévő természetes kiváltó tényező, legyen szó ionkoncentrációról, pH-változásról vagy egy adott antigén jelenlétéről. A hidrogélek kémiai kiváltó hatásai miatti térfogatváltozás akár 350-szeres is lehet.
Fűtés.
A hőmérséklet-reakció talán a legismertebb passzív mozgási trigger a mesterséges világban. A változó termikus együtthatók könnyen megfigyelhetők, és a szalagalapú bimetál vezérlőrendszerek a XNUMX. század óta ezt a megközelítést alkalmazzák. Sok kereskedelmi műanyag, mint például a poliészterek és a poliuretánok, könnyű feldolgozhatóságuk miatt alaktartó hőre lágyuló műanyagok. Használatuk a gyártás utáni átformáló alkalmazásokban azonban jelenleg újdonság.
Fény.
Az elektromágnesesre vagy sugárzásra érzékeny anyagok használata lehetőséget teremt a távoli aktiválásra és a meglévő vezérlőrendszerekkel kompatibilis fokozatos stimulációra. A folyadékkristályos rendszerek jól ismertek fényreakciójukról, amelyek kiváltják a korábban tárgyalt transz-izomerváltást. LCE-k, polimer rendszerek és hidrogélek esetében kimutatták, hogy a hangolt plazmonrezonanciával rendelkező nanorészecske-kompozitok hozzáadása növeli a fotoreakciót a fűtés kiváltásával.
elektromosság és mágnesesség.
Az akciós potenciál elektromos impulzusa kulcsfontosságú inger az aktiválódáshoz és a kialakulásához a természetben, ahol az izomösszehúzódás a 10 mV-os nagyságrendű feszültségek által megnyitott ioncsatornákból következik be. Szintetikusan többféle alakváltó elektroaktív polimer ismeretes, amelyek közül egyik sem mutat nagy növekedést az izomkölcsönhatásban: sokuknak ugyanis kilovoltra van szüksége ahhoz, hogy mérsékelt, 20 százalékos izomösszehúzódást érjen el.
A morfondírozás filozófiája
érzékenység
A repülő lényeknek és gépeknek képesnek kell lenniük az őket körülvevő légkör állapotának, valamint saját helyzetük és szerkezeti konfigurációjuk észlelésére vagy érzékelésére ahhoz, hogy egy adott környezetben repülhessenek.
Példák az összegyűjtendő adattípusokra: a légsebesség, a tengerszint feletti magasság, a légnyomás, a többi objektumhoz viszonyított helyzet, valamint a szárnyak helyzete és alakja egy adott pillanatban (ez különösen igaz, ha morfiumot használunk).
Ez a képesség magában foglalhat speciális érzékelőket a repülőgépekben, például szögsebesség-giroszkópokat a helyzet mérésére, és nyílásokat a szárny mentén a légnyomás mérésére.
Számítás
A szemből, fülből stb., valamint a speciális szenzoros rendszerekből származó szenzoros jeleket a biológiai pilóták agyába kell integrálni és fel kell dolgozni, vagy a fedélzeti számítógépben, ha a repülőgép szenzoros rendszereit tekintjük. Az elvégzendő feldolgozás speciális repülési stabilitási, irányítási, navigációs és vezérlő algoritmusokat foglal magában.
A repülési stabilitás talán a legfontosabb ezek közül a funkciók közül, mert stabilitás nélkül lehetetlen repülésben maradni, és a repülés közbeni stabilitás hiánya könnyen tragikus eredményekhez vezethet.
Repülőgépeken a repülési stabilitási algoritmusok a lehető legnagyobb feldolgozási sebességgel futnak, és a processzorhasználat szempontjából a legmagasabb prioritást élvezik.
Navigáció
A lebegtetés egy olyan funkció, amely a lehető legpontosabban meghatározza, hogy a szórólap pillanatnyilag hol helyezkedik el, különös tekintettel arra, hogy hol kell repülnie.
A biológiai szórólapokon ezek a parancsok az agyból származó elektromos impulzusok, amelyek bizonyos izmokat és szerveket stimulálnak. Repülőgépeken a parancsok egyben elektromos jelek is, amelyek aktiválják az elektromos motorokat vagy kiváltják a hidraulikus működtetést.
meghajtók
A morfológiai repülés rendkívül speciális szerkezeteket igényel, de speciális működtetőket is igényel ezeknek a szerkezeteknek a mozgatásához és elhelyezéséhez.
Repülési morf
Így ezeknek az „alrendszereknek” mindegyikéhez speciális alkatrészekre van szükség ahhoz, hogy betöltsék szerepüket a repülési morfológia csodáiban.
Azonban ezen alrendszerek kölcsönhatása ugyanolyan fontos az átalakítás sikeréhez és a repülési képességhez való pozitív hozzájáruláshoz.
A szenzoros kimeneteknek konkrét információkat kell szolgáltatniuk ahhoz, hogy hasznosak legyenek a stabilitás, a vezérlés és a navigáció szempontjából, a számítási képességeknek pedig elegendő feldolgozási teljesítménnyel kell rendelkezniük, és úgy kell őket „huzalozni”, hogy hatékonyan működjön együtt ezzel az információval.
Hasonlóképpen, a számítási funkciónak információval kell rendelkeznie az aktuátor konfigurációjáról és dinamikájáról, hogy a megfelelő parancsjeleket kiadja a repülési stabilitás céljának eléréséhez és a kívánt mozgás sikeres végrehajtásához.
Ez a blokkdiagram szemlélteti a jobb repülési teljesítmény elérésében részt vevő főbb alrendszerek kapcsolatát és kölcsönös függőségét.
Ha azonban ezeket a fizikai összetevőket rendszerszintű kontextusban vizsgáljuk, a komplexitási érvek egy teljesen új szintre kerülnek.
A struktúra különböző osztályait ötvöző morfikus rendszer funkcionális koncepciója a technológia szemszögéből látható.
A madár agyának elegendő kapacitással kell rendelkeznie ahhoz, hogy elvégezze az élethez és a mindennapi tevékenységekhez szükséges számításokat. A repülőgépnek ezen kívül rakétákat is ki kell indítania, lövöldöznie kell, és meg kell őriznie a pilóta vagy a személyzet életképességét.
Következtetés
Ez a vita azt mutatja, hogy aligha lehetséges minden szempontot figyelembe venni a formaalakítás jelentős interdiszciplináris problémájának, és még inkább azok szinergikus kidolgozásának minden aspektusát.
Van egy másik magyarázat is.
A „madárképesség” elérése repülőgépeken még jelentős kutatási erőfeszítésbe koncentrált jelentős erőforrások mellett is lehetetlen, hiszen a madarak nemcsak a tervezés termékei, hanem egy hihetetlenül tehetséges Tervező termékei, aki páratlanul érti a probléma interdiszciplináris természetét.
(Bár az ember még bonyolultabb, az „autonóm repülés” képessége természeténél fogva nem velejárója. Meg kell békülnünk és más lehetőségeket kell keresnünk, a legtöbb madárnál erősebb intellektussal.
(Bár az ember még bonyolultabb, az „autonóm repülés” képessége természeténél fogva nem velejárója. Meg kell békülnünk és más lehetőségeket kell keresnünk, a legtöbb madárnál erősebb intellektussal.
De egy dolog fantáziálni, vagy akár feltárni a szintetikus alakváltó anyagok funkcionalitását és aktiválási mechanizmusait, másik dolog az önképző anyagokkal kapcsolatos jelenlegi tudásunkat összevetni a természetben fellelhető stratégiákkal.
A következtetés elkerülhetetlen: belátható időn belül nem lesz egyetlen olyan anyag és gyártási módszer sem, amely lehetővé tenné bármely eszköz vagy repülőgép teljes önképzését, még a nagyon karizmatikus uralkodók, mérnöki és tudományos közösségek kívánságai szerint is.
Eredményei
Az „eredetileg nem repülésre szánt” emberektől eltérően a madarak születésüktől fogva rendelkeznek a teljes „repülőgéppel” és annak tartórendszerével, ráadásul genetikailag kiképezték mindezt.
A madarak morfológiáját egy repülőgépen csak olyan anyagok és rendszerek létrehozásával lehet elérni, amelyek közvetlenül reagálnak a pilóta gondolataira.
És mit gondol egy pilóta, például egy katona, aki kommenteket ír a VO fórumán?
És hová repülünk majd el ilyen gondolatokkal, még a legfejlettebb kozmikus metaanyagokkal is?
Egy ember és egy repülőgép (űrhajó) ilyen szimbiózisa a belátható jövőben a földi emberiség számára elérhetetlen, bár ennek a projektnek vannak hipotetikus prototípusai ...
De addig a szép időig jobb, ha nem használjuk az "okos fém" kifejezést.
***
Ez a cikk csak bevezetője annak a deduktív tudományos vizsgálatnak, amely Amerika legjobban őrzött titkait vizsgálja az „intelligens” anyagok áttörést jelentő tudományos fejlesztése terén, amelyek a fentiekhez képest „nagyon okosak”.
Az alábbiakban egy elbeszélés (vagy inkább annak vizsgálata), hogy miért és hogyan, az 1947-ben Roswellben egy ufó lezuhanásának helyén talált "memóriafém" töredékei egyszerre jelentették a fogalmi és technikai lendületet a mai "alakmemóriaötvözetek" ill. „átalakító fémek”, mint például a nitinol.
Folytatás ...
- Szergej Ivanov ([e-mail védett])
- www.nasa.gov
Információk