Беспилотные летательные аппараты занимают все большее место в авиационных кругах. В новой статье, опубликованной в журнале Композитные конструкции Суонг Хоа и его студенты-соавторы представляют метод, позволяющий сделать крылья БПЛА более дешевыми в изготовлении и эффективными в полете.

Хоа - профессор механики, промышленной и аэрокосмической инженерии в Школе инженерии и компьютерных наук имени Джины Коди. Используя технологию, впервые предложенную Hoa, известную как 4D-печать композитов, авторы выполнили технико-экономическое обоснование применения нового способа изготовления адаптивных податливых крыльев с задней кромкой (ACTE). Экспериментальная технология заменяет обычно используемый шарнирный закрылок крыла закрылком, который крепится к основному корпусу крыла, но может изгибаться до 20 градусов.

"Наша статья показывает, что беспилотный летательный аппарат, использующий такой тип крыла, может выдерживать значительную нагрузку для транспортных средств малого или среднего размера", - говорит Хоа, директор Центра композитных материалов Concordia.

Использование материальных реакций

4D-печать похожа на 3D-печать, за исключением того, что она меняет материалы от местоположения к местоположению. Отдельный материал используется потому, что он реагирует на определенный стимул: воду, холод или тепло, например. Первоначальная печать выполняется на плоской поверхности, которая затем подвергается воздействию раздражителя, вызывающего реакцию и изменяющего форму поверхности. Четвертое измерение относится к измененной конфигурации некогда плоского материала.

Композитная 4D-печать более сложна. Вместо того, чтобы использовать мягкое, похожее на тесто вещество, обычно используемое в 3D- и 4D-принтерах, оно опирается на гибкую комбинацию длинных тонких нитей, удерживаемых на месте смолой. Толщина каждой нити составляет всего 10 микрон - примерно 1/10 диаметра человеческого волоса. Композитный принтер 4D раскатывает смесь нити и смолы ультратонкими слоями под углом 90 градусов друг от друга. Затем слои уплотняются вместе и отверждаются в духовке при температуре 180С, а затем охлаждаются до 0С, создавая изделие, которое является жестким, но не хрупким.

Как объясняют авторы в своей статье, это позволяет им создать участок материала с равномерной кривизной, который находится между верхней и нижней поверхностями закрылка крыла. Он достаточно гибкий и прочный, чтобы выдерживать 20-градусную деформацию крыла, необходимую для маневренности в полете.

"Идея состоит в том, чтобы иметь крыло, которое может легко менять свою форму во время полета, что было бы большим преимуществом по сравнению с самолетами с неподвижным крылом", - объясняет Хоа.

Он считает, что технология composite 4D обладает большим потенциалом для самых разных применений. Транспортабельность его продукции, по его словам, является главным недостатком.

"Поскольку он плоский, его легко упаковать для отправки в отдаленные районы, от Крайнего севера Канады до космоса".

Видео Суонг Хоа, обсуждающего 4D-печать композитов: https://youtu.be/j7k-ZjG0qPE