Топ-100

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Природный морфинг

Морфинг птиц

Исследователи и наблюдатели давно осознали, что птицы и различные другие летающие существа изменяют положение структур своего тела в полете, чтобы выполнять определенные маневры или корректировать свой аэродинамический профиль, приспосабливаясь к изменяющимся условиям полета.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Этот орел упирается ногами в тело, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление. Обратите внимание также на вытягивание крыльев (обычно используется для снижения скорости снижения) и растопыривание на них перьев, чтобы разбить вихри на концах крыльев, которые увеличивают сопротивление.

Другой хорошо известный пример трансформации конструкции самолета – это убирающееся шасси, которое для самолета служит той же цели, что и птице, когда она подтягивает ноги к телу в полете.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

То есть этот тип трансформации резко снижает аэродинамическое сопротивление, что в свою очередь увеличивает энергоэффективность хищной птицы, и это же приводит к экономии топлива в самолетах.

Дополнительные «низкотехнологичные» примеры преобразования включают подвижные управляющие поверхности, используемые для передачи сил и крутящего момента на самолет для маневрирования и устойчивости, «предкрылки», «прорези» и «закрылки», которые выступают для изменения формы крыла, обеспечивая большую подъемную силу при более низких скоростях взлета и посадки, и крылья с регулируемой стреловидностью, которые позволяют самолету эффективно летать с резко различающейся скоростью полета, например, при переходе от дозвукового к сверхзвуковому полету.

Эти прошлые примеры технологий морфинга, безусловно, были новаторскими в свое время, но теперь они стали довольно обычным явлением – некоторые даже не считаются морфингом.

Морфинг металлов

Фактически с тех пор, как человек начал ковать металл с помощью огня, «состояние металла» было известно как изменчивое.

Европейцы, в 1930-х годах проводившие испытания металла на «изгибаемость» и нагрузку, отметили, что некоторые сплавы (содержащие алюминий) могут проявлять своего рода псевдоэластичность (это так, к слову).

В СССР придумали морфинг металла?

Вспомним про это для объективности изложения.

Эффект памяти формы у металлических сплавов был открыт в СССР учеными Г. В. Курдюмовым и Л. Г. Хандросом и 17 марта 1949 года оформлен как научное открытие, подтвержденное эмпирически и относящееся к бездиффузионным типам фазовых превращений в металлических сплавах. Открытый эффект был экспериментально обнаружен в сплавах на основе таких металлов как золото, медь, кобальт, железо, никель.

А толку?

Статус этого открытия или декларации о нем ниже любого патента даже российского, зарегистрированного, например, США.

Не говоря уж о том, что открытие «эффекта памяти формы» в целом относится к 1932 году, когда шведский химик Арне Оландер впервые обнаружил это свойство в сплавах золото-кадмий.
В настоящее время действующий Гражданский кодекс РФ, определяя основания возникновения и порядок осуществления исключительных прав на результаты интеллектуальной деятельности (интеллектуальной собственности), не регулирует правоотношения, связанные с научными открытиями.

В СССР под научным открытием предлагалось понимать установление неизвестных ранее объективно существующих и поддающихся проверке закономерностей, свойств и явлений материального мира, которые вносят коренные изменения в уровень познания.

Самое смешное, что так как мировое научное сообщество в признании советских/российских открытий никогда не участвовало, то их статус определялся российскими экспертами, среди которых никогда не было нобелевских лауреатов или учёных с индексом Хирша (ИХ) хотя бы более 30. То есть по существующим сейчас в мировой науке договоренностям, никто из них Великим ученым не являлся.
Это примечание для тех, кто захочет уточнить содержание статьи по русской Википедии или по статьям российских ученых, в том числе главы Комиссии «по лженауке» (Комиссия по борьбе с лженаукой – научно-координационная организация при Президиуме Российской академии наук), «академика без допуска», у которого ИХ тоже не дотягивает до 20, но который «знает все» и обо всем судит.

Ни одного чистого металла с памятью формы (СПФ) не существует. Это всегда сплавы.

Самое общее определение.

СПФ – это группа металлических сплавов, которые могут вернуться к своему первоначальному состоянию.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Морфинг XXI века

В отличие от «низкотехнологичных» конструкций трансформации прошлого, трансформирующийся самолет определяется сегодня, как «тот, который использует инновационные приводы, исполнительные и другие механизмы для адаптации своего состояния, для того, чтобы улучшить поведение и производительность при полете в нескольким средах или в различных условиях».
Несмотря на последние столетия инноваций в авиационных технологиях, универсальность современных самолетов остаётся намного хуже, чем у биологических прототипов и аналогов.

И сейчас исследования в области авиационных технологий и дизайна продолжают черпать идеи и вдохновение в природе. Но также очевидно, что наши технические возможности серьезно отстают от природных способностей божественных творений.

Достигнутые характеристики, свойства и эффекты, практические последствия

Эффект памяти формы. Материал может использоваться в качестве исполнительного механизма, обеспечивающего усилие при восстановлении формы.

Псевдоупругость. Материал может подвергаться напряжению, чтобы обеспечить большие восстанавливаемые деформации при относительно постоянных уровнях напряжения.

Гистерезис. Позволяет рассеивать энергию во время псевдоупругого отклика.

Высокое напряжение срабатывания (400–700 МПа). Компоненты небольшого поперечного сечения могут создавать значительные силы.

Высокая нагрузка при срабатывании (около 8 %). Компоненты небольшой длины могут обеспечить большие перемещения.

Высокая плотность энергии (около 1200 Дж/кг). Небольшое количество материала, необходимого для существенного срабатывания.

Трехмерное срабатывание. Поликристаллические компоненты SMA, изготавливаемые в различных формах, обеспечивающие множество полезных геометрических конфигураций.

Частота срабатывания. Сложность в достижении высоких скоростей охлаждения компонентов ограничивает использование в высокочастотных приложениях.

Энергоэффективность (10–15 %). Количество тепловой энергии, необходимой для срабатывания, намного больше, чем мощность механической работы.

Трансформационно-индуцированная пластичность. Накопление пластичности во время циклического отклика в конечном итоге приводит к разрушению материала и выходу из строя.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Некоторые современные СПФ и их характеристики

Космический форминг

Области применения сплавов с эффектом памяти формы разнообразны.

Их приоритетное внедрение осуществляется в областях с высокой платой за функциональные возможности новых изделий: медицине, авиации и космонавтике; пожарном деле и нефтегазовой промышленности. И даже в цирке…

Учитывая интересы аудитории, мы будем рассматривать только его авиационно-военно-космическое применение.

Для аэрокосмических приложений очень важна экономия веса. Сплавы с памятью формы – это специальные материалы, которые обеспечивают более высокий крутящий момент и выходную массу, требуют меньшего общего количества деталей и меньшего обслуживания по сравнению с обычными гидравлическими приводами, необходимыми для полета и управления двигателем.

Это достигается за счет эффекта памяти формы. Когда СПФ нагревается или охлаждается, он претерпевает обратимое фазовое изменение, и его первоначальная форма восстанавливается даже при противоположной нагрузке.

Это дает этим материалам необходимые атрибуты, чтобы они могли стать жизнеспособной заменой материала для различных конструкций в аэрокосмической отрасли.

Например:

• Материалы основных конструкций;
• саморазворачивающиеся конструкции (антенны, солнечные батареи и др.);
• механизмы ориентации солнечных батарей;
• инструменты для монтажных работ (гайковерты, самозатягивающиеся обоймы и муфты; зажимы, развальцеватели и т.д.);
• приводы поворотных механизмов (рули, заслонки, люки и т.д.);
• манипуляторы и т.п.

Свойства СПФ позволяют создавать устройства, реализующие сложную кинематику деформационных перемещений элементов конструкций при максимальной весовой отдаче устройств, их конструктивной простоте и расположении в минимальном объеме.

Примеры

В 1993 году на станции «Мир» в открытом космосе была собрана ферма двигателя ориентации «Софора».

Муфты в виде втулок в охлажденном состоянии деформировали для увеличения их внутреннего диаметра. После введения в муфту концов трубчатых элементов и нагрева ее выше температуры обратного мартенситного превращения, муфта уменьшала внутренний диаметр, обеспечивая надежное деформационное соединение.

На станции «Мир» с помощью привода из СПФ (в виде проволоки, по которой для ее разогрева пропускался электрический ток) была развернута ферма «Рапана», а на космическом грузовике «Прогресс-40» – две антенны диаметром по 20 м.

Были, естественно, и более поздние применения.

НАСА

НАСА совершенствует такие металлы, восстанавливающие форму, как интеллектуальные адаптивные материалы для изготовления космических кораблей.

Исследовательский центр НАСА в Лэнгли в Вирджинии играет ключевую роль в этом начинании. Его Центр передового опыта в области материалов лихорадочно работает над самолетами, меняющими форму.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Доктор Анна Макгоуэн – директор программы НАСА по морфингу материалов

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Анна Макгоуэн, лекция в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли.
Чтобы пролить свет на то, что такое сложная система, Макгоуэн провела сравнение с традиционной инженерией, которую она изучала в школе.

Используя этот давно устоявшийся подход, «вы взяли очень сложную систему и продолжали ее разлагать, пока не разобрались в деталях», – сказала она.

«Затем вы проанализировали части по отдельности, и как только вы поняли части, вы снова подключили это, чтобы понять всю систему».
Однако со сложными системами этот линейный редукционистский подход не работает.
«Сложные системы – это функция изучения пересечений», – сказала Макгоуэн. «Теперь границы между различными компонентами нечеткие».

Или, другими словами: «Сложные системы в инженерии больше зависят от взаимодействия компонентов, чем от самих компонентов».
Поэтому и о создании морфических материалов надо думать комплексно, то есть фактически о создание умных морфических систем.

Такой подход может иметь реальное применение при разработке перспективных космических аппаратов.

Имея изменяющий форму корабль, можно управлять снижением лобового сопротивления, нагрузки, шума, а также и координированием датчиков и исполнительных механизмов с использованием такого материала.

Самое главное, что однажды такой материал может быть использован в качестве основы для «самовосстанавливающейся оболочки космического корабля», которая сможет самовосстанавливаться.
Такое преобразование позволяет аппарату «запоминать» предыдущие конфигурации или «запоминать» себя для будущих функций.

Когда материал может трансформироваться, форма корабля может быть изменена в соответствии с окружающей средой, в которой он движется. И такой материал может «замаскировать» летательные аппараты и космические корабли, что позволит «сбить с толку» зрителей.

Мягкая робототехника

Терминатор № 2 является типичным мягким роботом

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

«Терминатор» представляют собой один из самых знаковых образов в научно-фантастических фильмах.

Но ведь до такой технологии наверняка еще много десятилетий, не так ли?

Возможно, нет.

Жидкий металл

Электрические поля, используемые для придания формы жидкости, создаются компьютером, а это означает, что положение и форму жидкого металла можно программировать и контролировать динамически.

«Жидкие металлы – чрезвычайно многообещающий класс материалов для деформируемых приложений; их уникальные свойства включают управляемое напряжением поверхностное натяжение, высокую проводимость жидкого состояния и фазовый переход жидкость-твердое тело при комнатной температуре»,
– сказал профессор Шрирам Субраманиан, руководитель лаборатории INTERACT в Университете Сассекса.

«Одно из долгосрочных видений нас и многих других исследователей – изменить физическую форму, внешний вид и функциональность любого объекта с помощью цифрового управления для создания интеллектуальных, ловких и полезных объектов, которые превосходят функциональность любого современного дисплея или робота».

Программируемые жидкие металлы

«Это новый класс программируемых материалов в жидком состоянии, которые могут динамически трансформироваться из простой формы капли во многие другие сложные геометрические формы контролируемым образом»,
– сказал Ютака Токуда, научный сотрудник проекта в Университете Сассекса.
Хотя исследование группы Tokuda находится на начальной стадии, собранные ими доказательства вдохновили их на изучение потенциальных приложений, включая мягкую робототехнику и интеллектуальную электронику.

Цифровое управление

Это исследование позволило использовать управляемые компьютером электрические поля не только для изменения формы жидкого металла, но и для его перемещения в пространстве.

У исследователей есть долгосрочное видение, чтобы однажды использовать цифровое управление гибкими объектами для создания «интеллектуальных, ловких и полезных объектов, которые превышают функциональность любого современного дисплея или робота».

Новый интеллектуальный материал с изменяющейся формой, самовосстановление, разработанный для мягкой робототехники

Достижения в области мягкой робототехники, носимых технологий и взаимодействия человека с машиной требуют нового класса растяжимых материалов, которые могут адаптивно изменять форму, полагаясь только на портативную электронику в качестве источника энергии.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Исследователи из Университета Карнеги-Меллона разработали такой материал, который демонстрирует уникальное сочетание высокой электрической и теплопроводности с возможностями срабатывания.

Еще одна ключевая особенность материала – его устойчивость к значительным повреждениям.

«Мы наблюдали возможности электрического самовосстановления и обнаружения повреждений для этого композита, но обнаружение повреждений пошло на шаг дальше, чем предыдущие композиты из жидких металлов»,
– пояснил Майкл Форд, научный сотрудник лаборатории Soft Machines и ведущий автор исследования.
«Поскольку повреждение создает новые проводящие следы, которые могут активировать изменение формы, композит однозначно реагирует на повреждение».
Высокая электропроводность материала позволяет композиту взаимодействовать с традиционной электроникой, динамически реагировать на прикосновения и обратимо изменять форму. Его можно использовать в любом приложении, где требуется растягиваемая электроника: здравоохранение, одежда, носимые компьютеры, вспомогательные устройства и роботы, а также космические путешествия.
Работа финансировалась грантом Управления армейских исследований.

Нитинол

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Нитинол или никелид титана – интерметаллид (химическое соединение металлов с фиксированным соотношением между компонентами).

Нитинол в космосе

НАСА имеет долгую историю проведения материаловедческих и инженерных экспериментов в космосе. Многие из этих исследований остаются засекреченными.

Имеется информация, что НАСА направляло нитинол в космос для секретных экспериментов. Появляющаяся информация указывает на то, что он был помещен в специализированные испытательные камеры во время полетов космических шаттлов и космических станций в 1990-х годах. А в 2017 году даже на «нашей МКС».

Невесомость и свободная от гравитации окружающая среда космического пространства, возможно, дала ключ к разгадке «странного изготовления и обработки», а также к пониманию того, как и почему материал может «трансформироваться».

Сейчас читают:  Генштаб ВС Эстонии обвинил российский Ил-96 в нарушении воздушного пространства страны

Также стало известно, что исследовательская лаборатория ВВС США Райт-Паттерсон (AFRL) разработала компоненты космического корабля, состоящие из металла с памятью (нитинол), и запускала эти уникальные морфирующие системы в космос. В течение десятилетий AFRL Райта-Паттерсона занималась разработкой систем космических кораблей на основе запоминающего металла.

Сама база, которая получила и исследовала металл памяти из Розуэлла, использовала технологию в своих интересах, по крайней мере, три демонстрационных раза с тремя мало обсуждаемыми запускаемыми космическими кораблями:

• MIghtSat/FalconSat – это небольшой космический аппарат-спутник, разработанный AFRL для тестирования передовых технологий в области построения изображений, связи и «автобусных компонентов» космических аппаратов в космосе, запущенный в 2000 году с двухлетней миссией. Глубокий поиск технической литературы обнаруживает упоминания о MightSat, выпущенном в космос с помощью запоминающего металла. Устройство упоминается как «Устройство освобождения памяти формы AFRL», а его аббревиатура обозначается как SMARD (или устройство освобождения сплава с памятью формы).

• В июле 1997 года в космос была запущена разработанная Райтом AFRL Lightweight Flexible Solar Array (LFSA). Техническая ссылка находится на конструкции «шарнир из сплава с памятью формы» и на создание AFRL металлического устройства с памятью совместно с НАСА, DARPA и Lockheed Martin. В его состав вошли очень тонкие кусочки нитинола. Эти полосы служили сверхгибкими устройствами, на которых прикрепленные части корабля могли поворачиваться, качаться или блокироваться.

Текущая миссия Лаборатории в космосе – это космический корабль Rosetta. Исследовательские лаборатории Райта работали с Европейским космическим агентством над космическим кораблем, задача которого – первым выйти на орбиту и приземлиться на комете. Корабль, «преследующий кометы», оснащен «механизмом выпуска газа с памятью формы», специализированным металлическим клапаном с памятью.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

«Розетта» – автоматическая межпланетная станция, предназначенная для исследования кометы. Разработана и изготовлена Европейским космическим агентством в сотрудничестве с NASA.
Космический аппарат был запущен в марте 2004 года к комете 67P/Чурюмова – Герасименко. В рамках программы 12 ноября 2014 года произошла первая в мире мягкая посадка спускаемого аппарата на поверхность кометы.

Материалы и технологии СПФ в авиации

В прошлом самолеты использовали изменяемую стреловидность, убирающееся шасси, убирающиеся закрылки и предкрылки, а также «изменяемые носы».

Возврат конструкторской мысли к принципам управления летательными аппаратами, использовавшимися на заре авиации, подтверждает: всё новое – это хорошо забытое старое. Морфная концепция в современной авиации восходит к принципам управления летательными аппаратами, разработанными еще Отто Лилиенталем.

Например, концепция гибкого или морфного крыла очень перспективна по многим причинам. Скорости самолётов растут, и это приводит к тому, что аэродинамическая нагрузка на крыло возрастает, а любой шов или выступ, конечно, влияет на расход топлива. Борьба за «плавность» аэродинамических форм становится актуальной задачей.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Реализованное и потенциально возможное использование
Вдвойне это важно для военных – их морфные аэродинамические поверхности привлекают возможностью снизить эффективную отражающую поверхность самолета в радиодиапазоне, уменьшить вес механических приводов – а тем самым получить резервы для увеличения дальности, манёвренности и живучести самолёта при боевых столкновениях.

Представляют интерес и более существенные изменения формы, в частности, изменения площади поверхности крыла и контролируемая выпуклость аэродинамического профиля.

То есть речь идет не о морфинге как абстрактной технологии, а конструктивных решениях с использованием метаматериалов с недостижимыми ранее «морфическими» свойствами.

Аэрокосмический аппарат XXI века

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Это достаточно старый проект, хотя и XXI века. Фактически, НАСА стремилось создать концепцию трансформирующегося самолета с 2001 года.

Но в долгосрочной перспективе НАСА надеется создать дизайн трансформирующегося самолета.

Эта концепция, известная как «аэрокосмический аппарат XXI века» и иногда называемая «самолетом-морфингом», включает в себя множество интеллектуальных технологий, позволяющих изменять конфигурацию в полете для достижения оптимальных летных характеристик, и является примером биомиметической технологии.

В данном случае имитируется биологический замысел птицы.

Благодаря использованию интеллектуальных материалов, которые являются гибкими и могут изменять свою форму по команде, аэрокосмический аппарат XXI века может формировать свои крылья, выдвигая концы наружу и немного вверх, чтобы обеспечить ему оптимальную подъемную способность.

Но после взлета самолету требуется крыло, способное оказывать меньшее сопротивление ветру, сохраняя при этом подъемную силу. Вот почему крылья на высоте более 3000 метров сжимаются внутрь и разворачиваются назад, чтобы минимизировать сопротивление и увеличить скорость полета.

Хотя эта программа еще не принесла сочных плодов, это захватывающее предложение, позволяющее заглянуть в будущее.

Пока реализуются более технологичные для современной науки и технологии идеи.

Грузовой самолет GIGAbay

Это концептуальный проект, в котором будут использоваться передовая керамика, волокна и углеродные нанотрубки для создания массивной летающей надстройки.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Грузоподъемность будет настолько велика, что после приземления самолет можно будет превратить в передвижную электростанцию, водоочистную станцию или даже трехэтажный автономный госпиталь.

Чтобы сохранить целостность этой «большой конструкции» и не иметь общего фюзеляжа с постоянными изменениями давления над ним во время полета, он может быть оборудован внутренним активным субфюзеляжным AFS, который распределяет давление для достижения наилучших характеристик и предотвращает повреждение фюзеляжа.

AFS состоит из углеродной волокнистой структуры с несколькими мобильными секциями с сотнями датчиков по всей длине и системой электрических воздушных насосов с двумя внешними воздухозаборными устройствами, которые нагнетают или вытягивают воздух под высоким давлением;

AFS повторно адаптирует свою форму таким образом, и все это контролируется различными компьютерами, которые каждую миллисекунду анализируют ситуацию.

Морфинг полета

Морфинг полета является примером способности, которая включает в себя гораздо больше, чем просто структурные конфигурации, которые дают таким животным, как летучие мыши, птицы и бабочки, способность летать.

Действительно, морфинговый полет – это очень многопрофильный навык.

Различные дисциплинарные аспекты морфинга можно разбить следующим образом:

Дистанционное управление: стимулы к изменению формы.

Основное влияние на потенциальное применение и развитие «отзывчивых» материалов, конечно же, оказывает то, как они могут быть приведены в движение. Опять же, естественные системы работают с ограниченной палитрой стимулов.

В искусственном мире перспективы дистанционного управления и интеграции с существующими системами делают световые, электрические и магнитные поля привлекательными кандидатами для управления реакцией и повышают возможность выхода за пределы естественных возможностей.

Гигроскопичность.

Гидрогели являются прототипом материала для гигроскопического отклика, изменяющегося в размере более чем в 1100 раз, когда частицы растворителя полностью проникают в их полимерные сети и вызывают расширение за счет гидрофильных эффектов.

Химия.

Присутствие химических веществ является повсеместным естественным триггером, будь то концентрация ионов, изменение pH или присутствие определенного антигена. Изменение объема в результате химических триггеров гидрогелей может достигать 350 раз.

Нагревание.

Температурный отклик, пожалуй, самый известный триггер пассивного движения в искусственном мире. Изменяющиеся тепловые коэффициенты легко наблюдать, и биметаллические системы управления на основе полос применяют этот подход с XVIII века. Многие коммерческие пластмассы, такие как полиэфиры и полиуретан, являются термопластами, проявляющими эффект памяти формы из-за простоты их обработки. Однако их использование в приложениях для изменения формы после производства в настоящее время является новинкой.

Свет.

Использование материалов, чувствительных к электромагнитным или радиационным воздействиям, открывает возможности для дистанционной активации и постепенной стимуляции, совместимых с существующими системами управления. Системы на основе жидких кристаллов хорошо известны своим световым откликом, запускающим переключение трансизомеров, о котором говорилось ранее. Для LCE, полимерных систем и гидрогелей было показано, что добавление композитов из наночастиц с настроенными плазмонными резонансами увеличивает фотоотклик за счет запуска нагрева.

Электричество и магнетизм.

Электрический импульс потенциала действия является ключевым стимулом для активации и формирования в естественном мире, где сокращение мышц происходит из ионных каналов, открываемых напряжением порядка 10 мВ. Синтетически известны множественные электроактивные полимеры, изменяющие форму, ни один из которых не демонстрирует высокий прирост мышечного взаимодействия: действительно, многие из них требуют киловольт, чтобы соответствовать умеренному 20-процентному сокращению мышцы.

Философия морфинга

Чувствительность

Летающие существа и машины должны уметь обнаруживать или ощущать состояние атмосферы вокруг них, а также свое собственное положение и структурную конфигурацию, чтобы иметь возможность выполнять полет в заданной среде.

Примеры типов данных, которые необходимо собрать, включают скорость воздуха, высоту, давление воздуха, положение относительно других объектов, а также положение и форму их крыльев в каждый момент (особенно это верно, если используется морфинг).

Эта возможность может включать узкоспециализированные датчики в самолетах, такие как гироскопы угловой скорости для измерения ориентации и отверстия вдоль крыла для измерения давления воздуха.

Вычисление

Сенсорные сигналы от глаз, ушей и т.д., а также от специализированных сенсорных систем должны быть интегрированы и обработаны в мозге биологических летчиков или, альтернативно, бортовом компьютере, если рассматривать сенсорные системы летательных аппаратов. Обработка, которая должна быть выполнена, включает специализированные алгоритмы устойчивости полета, наведения, навигации и управления.

Стабильность полета, возможно, является наиболее важной из этих функций, поскольку без устойчивости невозможно оставаться в полете, а отсутствие устойчивости в полете может легко привести к трагическим результатам.

В самолетах алгоритмы обеспечения устойчивости полета выполняются с максимально возможной скоростью обработки и имеют высший приоритет для использования процессора.

Навигация

Наведение – это функция, которая определяет с максимально возможной точностью, где в данный момент находится флаер, особенно в отношении того, куда ему нужно лететь.

В биологических летчиках эти команды представляют собой электрические импульсы мозга, которые стимулируют определенные мышцы и органы. В самолетах команды также являются электрическими сигналами, которые активируют электродвигатели или запускают гидравлическое срабатывание.

Приводы

Морфинговый полет требует узкоспециализированных структур, но также требует специализированных приводов для перемещения и позиционирования этих структур.

Морфинг полета

Таким образом, каждая из этих «подсистем» требует специализированных компонентов, чтобы выполнять свою роль в обеспечении чудес морфинга полета.

Однако способ взаимодействия этих подсистем не менее важен для успеха трансформации и обеспечения положительного вклада в летные возможности.

Сенсорные выходы должны предоставлять конкретную информацию, чтобы быть полезными для стабильности, управления и навигации, а вычислительные возможности должны иметь достаточную вычислительную мощность и быть «подключены» таким образом, чтобы эффективно работать с этой информацией.

Точно так же функция вычисления должна обладать информацией о конфигурации и динамике привода, чтобы выводить соответствующие командные сигналы для достижения цели стабильности полета и успешного выполнения желаемого движения.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Эта блок-схема иллюстрирует взаимосвязь и взаимозависимость основных подсистем, участвующих в достижении улучшенных летных возможностей.

Однако, когда эти физические компоненты рассматриваются в системном контексте, аргументы сложности выводятся на совершенно новый уровень.

Космические технологии. Морфинг формы и форминг полета

Показана функциональная концепция морфической системы, объединяющей различные классы конструкций, с точки зрения технологий.

Мозг птицы должен обладать достаточной емкостью для выполнения требуемых для жизни и повседневной деятельности вычислений. А самолету, кроме этого, надо еще запускать ракеты, стрелять, и поддерживать жизнеспособность пилота или экипажа.

Заключение

Это обсуждение показывает, что учет всех аспектов значительной междисциплинарной проблемы морфинга формы, а тем более их синергетическая проработка, вряд ли возможны.

Есть и иное объяснение.

Достижения «птичьей способности» в летательных аппаратах, даже при наличии значительных ресурсов, сосредоточенных в рамках значительных исследовательских усилий, невозможно, так как птицы являются продуктом не только дизайна, но и невероятно способного Конструктора с беспрецедентным пониманием междисциплинарных характер проблемы.

(Хотя человек еще сложнее, но способность «автономного летания» в него природой не заложена. Надо смириться и искать иные возможности, пользуясь более мощным, чем у большинства птиц, интеллектом).
Но одно дело пофантазировать или даже изучить функциональные возможности и механизмы активации синтетических изменяющих форму материалов, другое – сравнить наши текущие знания о самоформирующихся материалах со стратегиями, встречающимися в природе.

Вывод неизбежен: в обозримом будущем не будет единого материала и метода производства, которые позволили бы обеспечить полный самоформинг любого устройства или летательного аппарата в соответствии с пожеланиями даже очень харизматичных правителей, инженерного и научного сообщества.

Итоги

В отличие от людей, «изначально не предназначенных для полетов», птицы от рождения имеют весь свой «летный аппарат» и его систему обеспечения, и к тому же генетически обучены всем этим пользоваться.

Достигнуть в летательном аппарате морфинга птицы можно, только создав материалы и системы, которые непосредственно реагируют на мысль пилота.

А какие мысли у пилота, например, у военного, пишущего комментарии на форуме ВО?

И куда улетим с такими мыслями, даже при самых продвинутых космических метаматериалах?

Подобный симбиоз человека и самолета (космолёта) в обозримом будущем для земного человечества недостижим, хотя гипотетические прототипы этого проекта имеются…

Но до этой прекрасной поры термин «умный металл» лучше не употреблять.

***
Эта статья – только преамбула к дедуктивному научному расследованию, затрагивающему наиболее охраняемы американские секреты в области прорывных научных разработок «умных» материалов, «очень умных» по сравнению со всем вышеизложенным.

Далее будет повествование (а скорее – расследование), почему и как, обломки «запоминающего металла», найденные на месте крушения НЛО в Розуэлле в 1947 году, стали одновременно концептуальным и техническим толчком для сегодняшних «сплавов с памятью формы» или «превращающихся металлов», таких как нитинол.

Продолжение следует…

Автор:Сергей Иванов (9673031@mail.ru)
Использованы фотографии:www.nasa.gov
Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Яндекс.Метрика contador usuarios online