La industria de la aviación enfrenta múltiples presiones debido a los costos más altos de combustible y un mayor escrutinio sobre los impactos ambientales y de calidad de vida de sus aeronaves. Los investigadores buscan nuevos métodos para mantener bajos los gastos y mejorar la eficiencia general, y el mercado relativamente nuevo de los vehículos aéreos no tripulados (UAV), o drones, no es una excepción.
Los UAV están ocupando un espacio cada vez mayor en los círculos de la aviación. En un nuevo artículo publicado en la revista Estructuras CompuestasSuong Hoa y sus estudiantes coautores presentan un método para hacer que las alas de UAV sean más baratas de fabricar y más eficientes en vuelo.
Hoa es profesor de ingeniería mecánica, industrial y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería e Informática Gina Cody. Utilizando una técnica pionera de Hoa conocida como impresión 4D de compuestos, los autores realizaron un estudio de viabilidad sobre la aplicación de una nueva forma de fabricar alas cambiantes adaptables y compatibles con el borde posterior (ACTE). La tecnología experimental reemplaza la aleta de ala articulada de uso común con una que está unida al cuerpo del ala principal pero que puede doblarse hasta 20 grados.
«Nuestro artículo muestra que un UAV que usa este tipo de ala puede soportar una buena cantidad de carga para vehículos pequeños o medianos», dice Hoa, director del Centro Concordia de Compuestos.
Uso de reacciones materiales
La impresión 4D es similar a la impresión 3D excepto que cambia los materiales de un lugar a otro. El material separado se utiliza porque es reactivo a un determinado estímulo: agua, frío o calor, por ejemplo. La impresión inicial se realiza en una superficie plana que luego se expone al estímulo, provocando una reacción y cambiando la forma de la superficie. La cuarta dimensión se refiere a la configuración alterada del material que alguna vez fue plano.
La impresión 4D compuesta es más compleja. En lugar de usar una sustancia blanda similar a una masa que se usa comúnmente en las impresoras 3D y 4D, se basa en una combinación nervuda de filamentos largos y finos que se mantienen en su lugar mediante una resina. Cada filamento tiene solo 10 micrones de espesor, aproximadamente 1/10 del diámetro de un cabello humano. La impresora compuesta 4D desenrolla su mezcla de filamento y resina en capas ultrafinas en ángulos de 90 grados entre sí. Luego, las capas se compactan juntas y se curan en un horno a 180 ˚C, y luego se enfrían a 0 ˚C, creando un objeto que es rígido pero no quebradizo.
Como explican los autores en su artículo, esto les permite crear una sección de material con una curvatura uniforme que se intercala entre las superficies superior e inferior del flap del ala. Es lo suficientemente flexible y fuerte para soportar la deformación de 20 grados que requiere el ala para la maniobrabilidad del vuelo.
«La idea es tener un ala que pueda cambiar su forma fácilmente durante el vuelo, lo que sería un gran beneficio en comparación con los aviones de ala fija», explica Hoa.
Él cree que la tecnología 4D compuesta tiene un gran potencial para todo tipo de aplicaciones. La transportabilidad de sus productos, dice, es un gran atractivo.
«Debido a que es plano, es fácil empaquetarlo para enviarlo a áreas remotas, desde el extremo norte de Canadá hasta el espacio exterior».
Video de Suong Hoa sobre la impresión 4D de compuestos: https://youtu.be/j7k-ZjG0qPE
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Concordia. Original escrito por Patrick Lejtenyi. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
