Rymdteknik. Formformning och flygformning
naturlig morf
fågelmorf
Forskare och observatörer har länge insett att fåglar och olika andra flygande varelser ändrar positionen för sina kroppsstrukturer under flygning för att utföra vissa manövrar eller justera sin bäryta för att tillgodose ändrade flygförhållanden.
Denna örn vilar sina ben mot kroppen för att minska det aerodynamiska motståndet. Observera också att sträcka ut vingarna (används vanligtvis för att bromsa sjunkhastigheten) och sprida fjädrarna på dem för att bryta upp vingspetsvirvlarna som ökar motståndet.
Ett annat välkänt exempel på transformation av flygplansdesign är det infällbara landningsstället, som tjänar samma syfte för ett flygplan som det gör för en fågel när den drar benen nära kroppen under flygning.
Det vill säga, denna typ av transformation minskar dramatiskt det aerodynamiska motståndet, vilket i sin tur ökar energieffektiviteten hos rovfågeln, och detta leder också till bränsleekonomi i flygplan.
Ytterligare "lågteknologiska" omvandlingsexempel inkluderar rörliga kontrollytor som används för att överföra krafter och vridmoment till flygplanet för manövrering och stabilitet, "lameller", "slitsar" och "klaffar" som sticker ut för att omforma vingen, vilket ger mer lyft vid lägre nivåer start- och landningshastigheter, och svepte vingar som gör att flygplanet kan flyga effektivt vid dramatiskt olika flyghastigheter, till exempel vid övergång från subsonisk till överljudsflygning.
Dessa tidigare exempel på morphing-teknologier var förvisso banbrytande på sin tid, men nu har de blivit ganska vanliga - vissa räknas inte ens som morphing.
Metal Morphing
Faktum är att ända sedan människan började smida metall med eld har "metallens tillstånd" varit känt för att vara föränderligt.
Européer som testade metall för "flexibilitet" och stress på 1930-talet noterade att vissa legeringar (som innehåller aluminium) kan uppvisa en slags pseudo-elasticitet (det är så förresten).
Uppfanns metallmorphing i Sovjetunionen?
Låt oss komma ihåg detta för objektivitetens skull.
Formminneseffekten i metallegeringar upptäcktes i Sovjetunionen av forskarna G. V. Kurdyumov och L. G. Khandros och den 17 mars 1949 formaliserades den som en vetenskaplig upptäckt, empiriskt bekräftad och relaterad till diffusionsfria typer av fasomvandlingar i metallegeringar. Den öppna effekten upptäcktes experimentellt i legeringar baserade på sådana metaller som guld, koppar, kobolt, järn och nickel.
Vad är poängen?
Statusen för denna upptäckt eller förklaring om den är lägre än något patent, även ryskt, registrerat, till exempel i USA.
För att inte tala om att upptäckten av "formminneseffekten" som helhet går tillbaka till 1932, då den svenska kemisten Arne Olander först upptäckte denna egenskap i guld-kadmiumlegeringar.
För närvarande reglerar den nuvarande civillagen i Ryska federationen, som definierar grunderna för uppkomsten och förfarandet för att utöva exklusiva rättigheter till resultaten av intellektuell verksamhet (immateriell egendom), inte rättsliga relationer relaterade till vetenskapliga upptäckter.
I Sovjetunionen föreslogs det att förstå vetenskaplig upptäckt som upprättandet av tidigare okända, objektivt existerande och verifierbara regelbundenheter, egenskaper och fenomen i den materiella världen, som introducerar grundläggande förändringar i kunskapsnivån.
Det roliga är att eftersom världsvetenskapssamfundet aldrig har deltagit i erkännandet av sovjetiska/ryska upptäckter, bestämdes deras status av ryska experter, bland vilka det aldrig har funnits Nobelpristagare eller forskare med ett Hirsch-index (HI) på minst 30. Det vill säga, enligt existerande nu i världsvetenskapen, enligt överenskommelser, var ingen av dem en stor vetenskapsman.
Detta är en anteckning för dem som vill förtydliga innehållet i artikeln på den ryska Wikipedia eller om artiklar från ryska forskare, inklusive chefen för kommissionen "om pseudovetenskap" (kommissionen för att bekämpa pseudovetenskap - en vetenskaplig samordnande organisation under Presidium för den ryska vetenskapsakademin), "akademiker utan antagning", vars IM inte heller når 20, men som "vet allt" och bedömer allt.
Det finns ingen ren metall med formminne (SMA). Det är alltid legeringar.
Den mest allmänna definitionen.
SPF är en grupp metallegeringar som kan återgå till sitt ursprungliga tillstånd.
Morphing av XNUMX-talet
Till skillnad från de "lågteknologiska" transformationsdesignerna från det förflutna, definieras det transformerande flygplanet idag som "en som använder innovativa ställdon, ställdon och andra mekanismer för att anpassa sitt tillstånd för att förbättra beteende och prestanda när man flyger i flera miljöer eller under olika förhållanden".
Trots de senaste århundradenas innovation inom flyg teknologier, är mångsidigheten hos moderna flygplan fortfarande mycket sämre än biologiska prototyper och analoger.
Och nu fortsätter forskningen inom flygteknik och design att hämta idéer och inspiration från naturen. Men det är också uppenbart att våra tekniska förmågor på allvar släpar efter de naturliga förmågorna hos gudomliga skapelser.
Uppnådda egenskaper, egenskaper och effekter, praktiska implikationer
formminneseffekt. Materialet kan användas som en manövermekanism för att ge en kraft för att återställa formen.
Pseudoelasticitet. Materialet kan belastas för att ge stora återhämtningsbara töjningar vid relativt konstanta spänningsnivåer.
Hysteres. Tillåter att energi försvinner under pseudoelastisk respons.
Hög aktiveringsspänning (400–700 MPa). Komponenter med litet tvärsnitt kan generera betydande krafter.
Hög aktiveringsbelastning (ca 8 %). Korta komponenter kan ge stora rörelser.
Hög energitäthet (ca 1200 J/kg). En liten mängd material som behövs för en betydande aktivering.
XNUMXD-drift. Polykristallina SMA-komponenter tillverkade i en mängd olika former och ger många användbara geometrier.
Driftsfrekvens. Svårigheten att uppnå höga komponentkylningshastigheter begränsar användningen i högfrekvensapplikationer.
Energieffektivitet (10-15%). Mängden termisk energi som krävs för drift är mycket större än kraften hos mekaniskt arbete.
Transformationsinducerad plasticitet. Ackumuleringen av plasticitet under cyklisk respons leder så småningom till materialfel och fel.
Vissa moderna SPF och deras egenskaper
utrymmesbildande
Användningsområdena för formminneslegeringar är olika.
Deras prioriterade implementering genomförs i områden med höga avgifter för funktionaliteten hos nya produkter: medicin, flyg och astronautik; brandbekämpning och olje- och gasindustrin. Även på cirkus...
Med hänsyn till publikens intressen kommer vi bara att överväga dess flyg-militära-rymdapplikation.
För flygtillämpningar är viktbesparingar mycket viktiga. Shape Memory-legeringar är specialmaterial som ger högre vridmoment och masseffekt, kräver färre totala delar och kräver mindre underhåll än konventionella hydrauliska ställdon som krävs för flyg- och motorstyrning.
Detta uppnås genom formminneseffekten. När SMA värms eller kyls genomgår den en reversibel fasförändring och dess ursprungliga form återställs även under motsatt belastning.
Detta ger dessa material de egenskaper de behöver för att bli en livskraftig materialersättning för en mängd olika konstruktioner inom flygindustrin.
Till exempel:
• Material i huvudstrukturerna;
• självutplacerande strukturer (antenner, solpaneler, etc.);
• mekanismer för orientering av solpaneler;
• verktyg för installationsarbete (mutterlöpare, självåtdragande klämmor och kopplingar; klämmor, bågar, etc.);
• drivningar av roterande mekanismer (roder, luckor, luckor, etc.);
• manipulatorer osv.
Egenskaperna hos SMA gör det möjligt att skapa enheter som implementerar den komplexa kinematiken för deformationsrörelser av strukturella element med maximal viktåtergång av enheter, deras strukturella enkelhet och placering i en minimal volym.
Примеры
1993, vid Mir-stationen i det öppna utrymmet, monterades Sophora-orienterade thruster-fackverk.
Kopplingar i form av bussningar i kylt tillstånd deformerades för att öka deras innerdiameter. Efter att ha infört ändarna av de rörformiga elementen i hylsan och värmt upp den över temperaturen för den omvända martensitomvandlingen, minskade hylsan den inre diametern, vilket ger en tillförlitlig deformationsanslutning.
Vid Mir-stationen, med hjälp av en SPF-drivenhet (i form av en tråd genom vilken en elektrisk ström leds igenom för att värma upp den), sattes Rapana-gården ut och två antenner med en diameter på 40 m vardera placerades ut. utplacerad på rymdbilen Progress-20.
Det kom förstås senare ansökningar.
NASA
NASA förbättrar formåterställande metaller som intelligenta adaptiva material för rymdfarkoster.
NASAs Langley Research Center i Virginia spelar en nyckelroll i denna strävan. Dess Materials Center of Excellence arbetar febrilt med flygplan som ändrar form.
Dr Anna McGowan - Direktör för NASAs program för materialförvandling
Anna McGowan, föreläsning vid NASA Research Center i Langley.
För att belysa vad ett komplext system är, gjorde McGowan en jämförelse med den traditionella teknik som hon studerade i skolan.
Genom att använda detta sedan länge etablerade tillvägagångssätt, "tog du ett mycket komplext system och fortsatte att bryta ner det tills du kom på detaljerna," sa hon.
"Sedan analyserade du delarna individuellt, och när du väl förstod delarna kopplade du in det igen för att förstå hela systemet."
Genom att använda detta sedan länge etablerade tillvägagångssätt, "tog du ett mycket komplext system och fortsatte att bryta ner det tills du kom på detaljerna," sa hon.
"Sedan analyserade du delarna individuellt, och när du väl förstod delarna kopplade du in det igen för att förstå hela systemet."
Men med komplexa system fungerar inte detta linjära reduktionistiska tillvägagångssätt.
"Komplexa system är en funktion av inlärningskorsningar," sa McGowan. "Nu är gränserna mellan de olika komponenterna suddiga."
Eller med andra ord: "Komplexa system inom tekniken beror mer på samspelet mellan komponenter än på själva komponenterna."
Därför är det nödvändigt att tänka på skapandet av morfiska material på ett komplext sätt, det vill säga i själva verket på skapandet av smarta morfiska system.
Detta tillvägagångssätt kan vara till verklig användning i utvecklingen av lovande rymdfarkoster.
Genom att ha ett formskiftande skepp är det möjligt att styra luftmotståndsreduktion, lastreducering, bullerreducering, samt koordinering av sensorer och ställdon som använder ett sådant material.
Viktigast av allt, en dag skulle sådant material kunna användas som grund för ett "självläkande rymdskeppsskal" som kan självläka.
Denna omvandling gör att maskinen kan "komma ihåg" tidigare konfigurationer eller "komma ihåg" sig själv för framtida funktioner.
När materialet kan omvandlas kan skeppets form ändras för att passa den miljö som det rör sig i. Och sådant material kan "dölja" flygplan och rymdfarkoster, vilket kommer att "förvirra" tittarna.
mjuk robotik
Terminator #2 är en typisk mjuk robot
Terminatorn är en av de mest ikoniska karaktärerna i science fiction-filmer.
Men sådan teknik är väl fortfarande många decennier bort, eller hur?
Antagligen nej.
Flytande metall
De elektriska fälten som används för att forma vätskan är datorgenererade, vilket betyder att den flytande metallens position och form kan programmeras och styras dynamiskt.
"Flytande metaller är en extremt lovande klass av material för deformerbara applikationer; deras unika egenskaper inkluderar spänningskontrollerad ytspänning, hög konduktivitet i vätsketillstånd och vätske-fast fasövergång vid rumstemperatur."
sa professor Sriram Subramanian, chef för INTERACT-laboratoriet vid University of Sussex.
"En av de långsiktiga visionerna för oss och många andra forskare är att förändra den fysiska formen, utseendet och funktionen hos alla objekt med hjälp av digital kontroll för att skapa intelligenta, smidiga och användbara objekt som överträffar funktionaliteten hos alla moderna skärmar eller roboten".
sa professor Sriram Subramanian, chef för INTERACT-laboratoriet vid University of Sussex.
"En av de långsiktiga visionerna för oss och många andra forskare är att förändra den fysiska formen, utseendet och funktionen hos alla objekt med hjälp av digital kontroll för att skapa intelligenta, smidiga och användbara objekt som överträffar funktionaliteten hos alla moderna skärmar eller roboten".
Programmerbara flytande metaller
"Detta är en ny klass av programmerbara flytande material som dynamiskt kan transformeras från en enkel droppform till många andra komplexa geometrier på ett kontrollerat sätt."
sa Yutaka Tokuda, projektforskare vid University of Sussex.
sa Yutaka Tokuda, projektforskare vid University of Sussex.
Medan Tokuda-gruppens forskning är i sin linda, har bevisen de har samlat in inspirerat dem att utforska potentiella tillämpningar, inklusive mjuk robotik och smart elektronik.
Digital styrning
Denna forskning gjorde det möjligt att använda datorstyrda elektriska fält inte bara för att ändra formen på flytande metall, utan också för att flytta den i rymden.
Forskarna har en långsiktig vision att en dag använda digital styrning av flexibla objekt för att skapa "intelligenta, smidiga och användbara objekt som överträffar funktionaliteten hos vilken modern display eller robot som helst."
Nytt formförändrande smart material, självläkande, designat för mjuk robotik
Framsteg inom mjuk robotik, bärbar teknologi och interaktion mellan människa och maskin kräver en ny klass av draghållfasta material som kan ändra form adaptivt och endast förlita sig på handhållen elektronik för kraft.
Forskare vid Carnegie Mellon University har utvecklat ett material som uppvisar en unik kombination av hög elektrisk och termisk ledningsförmåga med aktiveringsförmåga.
En annan viktig egenskap hos materialet är dess motståndskraft mot betydande skador.
"Vi har observerat elektrisk självläkande och skadedetekteringsförmåga för denna komposit, men skadedetektering har gått ett steg längre än tidigare flytande metallkompositer."
Michael Ford, en forskare vid Soft Machines Lab och huvudförfattare till studien, förklarade.
"Eftersom skada skapar nya ledande spår som kan aktivera formförändringar, reagerar kompositen unikt på skada."
Michael Ford, en forskare vid Soft Machines Lab och huvudförfattare till studien, förklarade.
"Eftersom skada skapar nya ledande spår som kan aktivera formförändringar, reagerar kompositen unikt på skada."
Materialets höga elektriska ledningsförmåga gör att kompositen kan interagera med konventionell elektronik, reagera dynamiskt på beröring och reversibelt ändra form. Den kan användas i alla tillämpningar som kräver töjbar elektronik: sjukvård, kläder, bärbara datorer, hjälpmedel och robotar och rymdresor.
Arbetet finansierades av ett anslag från Office of Army Research.
Nitinol
Nitinol eller titannickelid - intermetallisk förening (kemisk förening av metaller med ett fast förhållande mellan komponenterna).
Nitinol i rymden
NASA har en lång historia utföra materialvetenskap och ingenjörsexperiment i rymden. Många av dessa studier förblir klassificerade.
Det finns information om att NASA skickade nitinol ut i rymden för hemliga experiment. Ny information tyder på att den placerades i specialiserade testkammare under rymdfärjor och rymdstationsflygningar på 1990-talet. Och 2017, även på "vår ISS".
Den tyngdlöshet och gravitationsfria miljön i yttre rymden kan ha gett ledtrådar till den "konstiga tillverkningen och bearbetningen" och hur och varför material kan "förvandlas".
Det blev också känt att US Air Force Research Laboratory Wright-Patterson (AFRL) utvecklade rymdfarkostkomponenter bestående av minnesmetall (nitinol) och lanserade dessa unika morphing-system i rymden. I decennier har Wright-Patterson AFRL utvecklat rymdfarkostsystem baserade på minnesmetall.
Själva basen, som tog emot och undersökte minnesmetall från Roswell, har använt tekniken till sin fördel vid minst tre demotillfällen med tre föga diskuterade uppskjutningsfarkoster:
• MIghtSat/FalconSat är en liten satellit designad av AFRL för att testa avancerad bildbehandling, kommunikation och rymdskepps "busskomponenter" i rymden, uppskjuten 2000 på ett tvåårigt uppdrag. En djup sökning av den tekniska litteraturen avslöjar referenser till en MightSat som skjuts upp i rymden med hjälp av minnesmetall. Enheten kallas "AFRL Shape Memory Release Device" och dess förkortning är SMARD (eller Shape Memory Alloy Release Device).
• I juli 1997 lanserades Wrights AFRL Lightweight Flexible Solar Array (LFSA) ut i rymden. Den tekniska referensen är till designen "shape memory legering" och till AFRL:s skapande av en metallminnesenhet med NASA, DARPA och Lockheed Martin. Den innehåller mycket tunna bitar av nitinol. Dessa remsor fungerade som superflexibla anordningar på vilka de fästa delarna av fartyget kunde vända, vingla eller låsa.
• Labs nuvarande uppdrag i rymden är ett rymdskepp Rosetta. Wrights forskningslabb har arbetat med Europeiska rymdorganisationen på en rymdfarkost designad för att vara den första att kretsa runt och landa på en komet. Det "kometjagande" skeppet är utrustat med en "formminnesgasutlösningsmekanism", en specialiserad minnesventil av metall.
Rosetta är en automatisk interplanetär station utformad för att studera en komet. Designad och tillverkad av European Space Agency i samarbete med NASA.
Rymdfarkosten sköts upp i mars 2004 till kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Som en del av programmet skedde den 12 november 2014 världens första mjuklandning av ett nedstigningsfordon på ytan av en komet.
Rymdfarkosten sköts upp i mars 2004 till kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Som en del av programmet skedde den 12 november 2014 världens första mjuklandning av ett nedstigningsfordon på ytan av en komet.
Material och teknik för SPF inom luftfart
Tidigare har flygplan använt variabelt svep, infällbart landningsställ, infällbara klaffar och lameller och "variable nosar".
Designidéernas återgång till principerna för flygplanskontroll som användes vid flygets gryning bekräftar att allt nytt är väl glömt gammalt. Det morfiska konceptet inom modern flyg går tillbaka till principerna för flygplanskontroll som utvecklats av Otto Lilienthal.
Till exempel är konceptet med en flexibel eller morfisk vinge mycket lovande av många anledningar. Flygplanens hastigheter ökar, och det leder till att den aerodynamiska belastningen på vingen ökar, och eventuell söm eller utsprång påverkar förstås bränsleförbrukningen. Kampen för aerodynamiska formers "jämnhet" håller på att bli en angelägen uppgift.
Realiserade och potentiella användningsområden
Detta är dubbelt viktigt för militären - deras morfiska aerodynamiska ytor attraherar med förmågan att minska flygplanets effektiva reflekterande yta i radioräckvidden, minska vikten av mekaniska drivningar - och därigenom få reserver för att öka räckvidden, manövrerbarheten och överlevnadsförmågan av flygplanet under stridskollisioner.
Mer betydande förändringar i form är också av intresse, i synnerhet förändringar i ytarean på vingen och den kontrollerade svängningen av bärytan.
Det vill säga vi pratar inte om morphing som en abstrakt teknik, utan konstruktiva lösningar som använder metamaterial med tidigare ouppnåeliga "morfa" egenskaper.
XNUMX-talets flygfordon
Det här är ett ganska gammalt projekt, om än från 2001-talet. Faktum är att NASA har siktat på att skapa konceptet med ett förvandlande flygplan sedan XNUMX.
Men på lång sikt hoppas NASA kunna designa ett transformerande flygplan.
Detta koncept, känt som "Aerospace Vehicle of the XNUMXst Century" och ibland kallat "Morphing Aircraft", inkluderar många intelligenta teknologier som tillåter omkonfigurering under flygning för att uppnå optimal flygprestanda, och är ett exempel på biomimetisk teknologi.
I det här fallet imiteras fågelns biologiska design.
Genom att använda smarta material som är flexibla och kan ändra form på kommando, kan XNUMX-talets flygfarkost forma sina vingar genom att förlänga spetsarna utåt och något uppåt för att ge det optimalt lyft.
Men efter start behöver ett flygplan en vinge som kan erbjuda mindre vindmotstånd med bibehållen lyftkraft. Det är därför vingar på mer än 3000 XNUMX meters höjd kollapsar inåt och vänder tillbaka för att minimera motståndet och öka flyghastigheten.
Även om detta program ännu inte har burit frukt, är det ett spännande förslag som ger en inblick i framtiden.
Hittills har mer tekniskt avancerade idéer för modern vetenskap och teknik implementerats.
Fraktflygplan GIGAbay
Detta är en konceptdesign som kommer att använda avancerad keramik, fibrer och kolnanorör för att skapa en massiv flygande överbyggnad.
Bärkapaciteten kommer att vara så stor att flygplanet efter landning kan förvandlas till ett mobilt kraftverk, ett vattenreningsverk eller till och med ett trevåningssjukhus.
För att bibehålla integriteten hos denna "stora struktur" och inte ha ett gemensamt flygkropp med konstanta tryckförändringar över det under flygning, kan det utrustas med en intern aktiv underkropp AFS som fördelar trycket för bästa prestanda och förhindrar skador på flygkroppen.
AFS består av en kolfiberstruktur med flera mobila sektioner med hundratals sensorer längs hela sin längd och ett elektriskt luftpumpsystem med två externa luftintag som trycker eller drar luft vid högt tryck;
AFS återanpassar sin form på detta sätt, och det hela styrs av olika datorer som analyserar situationen varje millisekund.
Flygmorf
Flight morphing är ett exempel på en förmåga som involverar mycket mer än bara de strukturella konfigurationerna som ger djur som fladdermöss, fåglar och fjärilar förmågan att flyga.
Morph flight är faktiskt en mycket mångsidig färdighet.
De olika disciplinära aspekterna av morphing kan delas upp enligt följande:
Fjärrkontroll: Incitament för formförändring.
Det främsta inflytandet på den potentiella tillämpningen och utvecklingen av "responsiva" material är naturligtvis hur de kan sättas igång. Återigen, naturliga system fungerar med en begränsad palett av incitament.
I den artificiella världen gör möjligheterna för fjärrstyrning och integration med befintliga system ljus, elektriska och magnetiska fält till attraktiva kandidater för att kontrollera responsen och öka möjligheten att gå utanför naturliga gränser.
Absorberbarheten.
Hydrogeler är prototypmaterialet för en hygroskopisk respons som ändras i storlek med mer än 1100 gånger när lösningsmedelspartiklar helt penetrerar deras polymernätverk och orsakar expansion på grund av hydrofila effekter.
Kemi.
Närvaron av kemikalier är en allestädes närvarande naturlig utlösare, oavsett om det är en jonkoncentration, en förändring i pH eller närvaron av ett visst antigen. Förändringen i volym som ett resultat av kemiska triggers av hydrogeler kan vara upp till 350 gånger.
Uppvärmningen.
Temperaturrespons är kanske den mest kända passiva rörelseutlösaren i den artificiella världen. Ändring av termiska koefficienter är lätta att observera, och bandbaserade bimetallkontrollsystem har använt detta tillvägagångssätt sedan XNUMX-talet. Många kommersiella plaster, såsom polyestrar och polyuretan, är termoplaster som uppvisar formminneseffekter på grund av sin enkla bearbetning. Emellertid är deras användning i postproduktionsomformningsapplikationer för närvarande en nyhet.
Light.
Användningen av elektromagnetiskt eller strålningskänsliga material öppnar möjligheter för fjärraktivering och gradvis stimulering som är kompatibel med befintliga styrsystem. Flytande kristallsystem är välkända för sin ljusrespons som utlöser transisomeromkopplingen som diskuterats tidigare. För LCE, polymersystem och hydrogeler har det visat sig att tillsatsen av nanopartikelkompositer med avstämda plasmonresonanser ökar fotoresponsen genom att utlösa uppvärmning.
elektricitet och magnetism.
Aktionspotentialens elektriska impuls är en nyckelstimulans för aktivering och bildning i den naturliga världen, där muskelkontraktion sker från jonkanaler som öppnas av spänningar i storleksordningen 10 mV. Flera formskiftande elektroaktiva polymerer är kända syntetiskt, av vilka ingen uppvisar höga vinster i muskelinteraktion: faktiskt, många av dem kräver kilovolt för att matcha en måttlig 20 procent muskelkontraktion.
Filosofi om morphing
känslighet
Flygande varelser och maskiner måste kunna upptäcka eller känna tillståndet i atmosfären runt dem, såväl som sin egen position och strukturella konfiguration, för att kunna flyga i en given miljö.
Exempel på de typer av data som behöver samlas in inkluderar flyghastighet, höjd, lufttryck, position i förhållande till andra objekt och positionen och formen på deras vingar vid varje givet ögonblick (detta gäller särskilt om morphing används).
Denna förmåga kan innefatta högspecialiserade sensorer i flygplan, såsom vinkelhastighetsgyroskop för att mäta attityd och öppningar längs vingen för att mäta lufttrycket.
Beräkning
Sensoriska signaler från ögon, öron etc. samt från specialiserade sensoriska system ska integreras och bearbetas i hjärnan hos biologiska piloter, alternativt i omborddatorn om flygplans sensorsystem övervägs. Bearbetningen som ska utföras inkluderar specialiserade flygstabilitets-, väglednings-, navigerings- och kontrollalgoritmer.
Flygstabilitet är kanske den viktigaste av dessa funktioner, för utan stabilitet är det omöjligt att hålla sig under flygningen, och bristen på stabilitet under flygning kan lätt leda till tragiska resultat.
I flygplan körs flygstabilitetsalgoritmer med högsta möjliga bearbetningshastighet och har högsta prioritet för processoranvändning.
Навигация
Hover är en funktion som så exakt som möjligt bestämmer var flygbladet för tillfället befinner sig, särskilt när det gäller vart det behöver flyga.
I biologiska flygblad är dessa kommandon elektriska impulser från hjärnan som stimulerar specifika muskler och organ. I flygplan är kommandon också elektriska signaler som aktiverar elmotorer eller utlöser hydraulisk aktivering.
enheter
Morphing flight kräver mycket specialiserade strukturer, men kräver också specialiserade ställdon för att flytta och placera dessa strukturer.
Flygmorf
Sålunda kräver vart och ett av dessa "undersystem" specialiserade komponenter för att kunna uppfylla sin roll i att tillhandahålla underverken med flygmorphing.
Hur dessa delsystem interagerar är dock lika viktigt för omvandlingens framgång och för att ge ett positivt bidrag till flygförmågan.
Sensoriska utdata måste ge specifik information för att vara användbar för stabilitet, kontroll och navigering, och beräkningskapacitet måste ha tillräcklig processorkraft och vara "kopplad" på ett sätt som fungerar effektivt med denna information.
På liknande sätt måste beräkningsfunktionen ha information om ställdonets konfiguration och dynamik för att mata ut lämpliga kommandosignaler för att uppnå målet om flygstabilitet och framgångsrikt slutföra den önskade rörelsen.
Detta blockdiagram illustrerar det inbördes sambandet och det ömsesidiga beroendet mellan de stora delsystemen som är involverade i att uppnå förbättrad flygprestanda.
Men när dessa fysiska komponenter betraktas i ett systemiskt sammanhang, tas komplexitetsargument till en helt ny nivå.
Det funktionella konceptet med ett morfiskt system som kombinerar olika klasser av strukturer visas ur teknisk synvinkel.
En fågels hjärna måste ha tillräcklig kapacitet för att utföra de beräkningar som krävs för livet och dagliga aktiviteter. Och flygplanet, förutom detta, måste också skjuta upp raketer, skjuta och upprätthålla pilotens eller besättningens livsduglighet.
Slutsats
Denna diskussion visar att det knappast är möjligt att ta hänsyn till alla aspekter av det betydande tvärvetenskapliga problemet med formförändring, och ännu mer deras synergistiska utarbetning.
Det finns en annan förklaring.
Att uppnå "fågelförmåga" i flygplan, även med betydande resurser koncentrerade inom en betydande forskningsinsats, är omöjligt, eftersom fåglar är produkten inte bara av design, utan av en otroligt kapabel designer med en oöverträffad förståelse för problemets tvärvetenskapliga natur.
(Även om en person är ännu mer komplicerad, är förmågan att "autonomt flyga" inte inneboende i honom av naturen. Vi måste försona oss och leta efter andra möjligheter, med hjälp av ett kraftfullare intellekt än de flesta fåglar).
(Även om en person är ännu mer komplicerad, är förmågan att "autonomt flyga" inte inneboende i honom av naturen. Vi måste försona oss och leta efter andra möjligheter, med hjälp av ett kraftfullare intellekt än de flesta fåglar).
Men det är en sak att fantisera eller till och med utforska funktionaliteten och aktiveringsmekanismerna hos syntetiska formskiftande material, och en annan att jämföra vår nuvarande kunskap om självbildande material med strategier som finns i naturen.
Slutsatsen är oundviklig: inom överskådlig framtid kommer det inte att finnas något enskilt material och produktionsmetod som skulle möjliggöra fullständig självbildning av någon enhet eller flygplan i enlighet med önskemålen från till och med mycket karismatiska härskare, ingenjörs- och vetenskapliga samfund.
Resultat av
Till skillnad från människor, "ursprungligen inte avsedda att flyga", har fåglar från födseln hela sin "flygapparat" och dess stödsystem, och dessutom är de genetiskt tränade att använda allt detta.
Att uppnå fågelmorphing i ett flygplan kan endast uppnås genom att skapa material och system som direkt svarar på pilotens tanke.
Och vad tänker en pilot, till exempel en militär som skriver kommentarer på VO-forumet?
Och vart ska vi flyga iväg med sådana tankar, även med de mest avancerade kosmiska metamaterialen?
En sådan symbios av en person och ett flygplan (rymdfarkost) inom överskådlig framtid för den jordiska mänskligheten är ouppnåelig, även om det finns hypotetiska prototyper av detta projekt ...
Men fram till denna vackra tid är termen "smart metall" bättre att inte använda.
***
Den här artikeln är bara en inledning till en deduktiv vetenskaplig undersökning av USA:s bäst bevarade hemligheter inom området banbrytande vetenskaplig utveckling av "smarta" material, "mycket smart" i jämförelse med allt ovanstående.
Vad som följer är en berättelse (eller snarare en undersökning) av varför och hur, fragment av "minnesmetall" som hittades vid kraschplatsen för ett UFO i Roswell 1947 blev både en konceptuell och teknisk drivkraft för dagens "formminneslegeringar" eller " transformerande metaller" såsom nitinol.
Fortsättning ...
- Sergey Ivanov ([e-postskyddad])
- www.nasa.gov
informationen