Fotos: CeeGee / Wikimedia Commons / CC BY-SA
Die Luftfahrtindustrie steht unter dem Druck steigender Treibstoffkosten und der zunehmenden Kontrolle über die Auswirkungen ihrer Flugzeuge auf die Umwelt und die Lebensqualität. Forscher suchen nach neuen Wegen, um Kosten zu senken und gleichzeitig die Gesamteffizienz zu verbessern, und der relativ neue Markt für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) oder Drohnen bildet da keine Ausnahme.
Drohnen nehmen in Luftfahrtkreisen immer mehr Raum ein. In einem neuen Artikel, der in der Zeitschrift Composite Structures veröffentlicht wurde, stellen Suong Hoa und ihre Mitautoren eine Methode vor, mit der Drohnenflügel billiger herzustellen und effizienter zu fliegen sind.
Hoa ist Professor für Maschinenbau, Industrie- und Luft- und Raumfahrttechnik an der Gina Cody School of Engineering and Computer Science. Unter Verwendung einer von Hoa entwickelten Technik namens 4D-Verbunddruck führten die Autoren eine Machbarkeitsstudie zur Anwendung einer neuen Methode zur Herstellung von Flügeln mit adaptiver Hinterkantentransformation (ACTE) durch. Die experimentelle Technologie ersetzt die üblicherweise verwendete gelenkige Flügelklappe durch eine Klappe, die am Hauptflügel befestigt ist, sich aber um bis zu 20 Grad biegen lässt.
„Unsere Arbeit zeigt, dass eine Drohne mit einem solchen Flügel eine gute Last für kleine oder mittelgroße Fahrzeuge tragen kann“, sagt Hoa, Direktor des Concordia Center for Composites.
Verwenden Sie Materialreaktionen
Der 4D-Druck ähnelt dem 3D-Druck, außer dass das Material von einem Ort zum anderen bewegt wird. Das betreffende Material wird verwendet, weil es auf einen bestimmten Reiz reagiert, z. B. auf Wasser, Kälte oder Hitze. Der erste Druck erfolgt auf einer flachen Oberfläche, die dann dem Stimulus ausgesetzt wird, was eine Reaktion hervorruft und die Form der Oberfläche verändert. Die vierte Dimension bezieht sich auf die veränderte Konfiguration des zuvor flachen Materials.
4D-Verbunddruck ist komplexer. Anstelle einer weichen, masseähnlichen Substanz, die bei 3D- und 4D-Druckern üblich ist, wird eine Kombination aus langen, dünnen Filamenten verwendet, die durch ein Harz miteinander verbunden sind. Jede Strähne ist nur 10 Mikrometer dick, etwa ein Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Der 4D-Verbunddrucker wickelt seine Mischung aus Filament und Harz in dünnen Schichten als Wafer im 90-Grad-Winkel zueinander ab. Die Schichten werden dann verdichtet und in einem Ofen bei 180 °C ausgehärtet und dann auf 0 °C abgekühlt, wodurch ein starres, aber nicht sprödes Objekt entsteht.
Wie die Autoren in ihrer Arbeit erläutern, können sie damit einen gleichmäßig gekrümmten Stoffabschnitt herstellen, der zwischen Ober- und Unterseite der Flügelklappe eingefügt wird. Es ist flexibel und stark genug, um der 20-Grad-Auslenkung des Flügels standzuhalten, die für die Flugmanövrierfähigkeit erforderlich ist.
„Die Idee ist, einen Flügel zu haben, der sich während des Flugs leicht verformen kann, was ein großer Vorteil gegenüber Starrflügelflugzeugen wäre“, erklärt Hoa.
Er glaubt, dass die 4D-Composite-Technologie ein großes Potenzial für alle Arten von Anwendungen hat. Die Portabilität der Produkte ist seiner Meinung nach ein großer Vorteil.
„Weil sie flach sind, können Sie sie leicht verpacken und in abgelegene Gebiete verschiffen, vom hohen Norden Kanadas bis ins Weltall“, sagt Hoa.
Das vollständige Dokument finden Sie hier.
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