Sekumpulan jurutera telah membina dan menguji sayap pesawat jenis baru yang dihimpunkan dari kepingan-kepingan kecil yang serupa. Sayap tersebut mampu bertukar bentuk untuk mengawal penerbangan pesawat serta mampu memberikan rangsangan yang ketara dalam pembuatan pesawat, penerbangan dan penyenggaraan kecekapan, ulas para penyelidik.

Pendekatan baru tersebut ke atas pembinaan sayap dapat memberi lebih ruang kepada fleksibiliti rekabentuk dan pengilangan pesawat pada masa hadapan. Rekabentuk sayap yang baharu tersebut telah diuji di terowong angin milik NASA dan telah diulas hari ini melalui jurnal Smart Materials and Structures ,pengarang  bersama merupakan jurutera penyelidik bernama Nicholas Cramer di NASA Ames di California, alumni MIT Kenneth Cheung SM ’07 PhD’12, kini di NASA Ames; Benjamin Jenett, pelajar graduat MIT di Centre for Bits and Atoms; serta lapan individu lain.

Daripada memerlukan permukaan yang bergerak secara asing seperti ailerons untuk mengawal kemiringan dan oleng pesawat, sepertimana sayap konvensional lakukan, himpunan sistem baru itu membolehkan pengubahsuaian keseluruhan struktur sayap tersebut, atau sebahagian daripadanya, dengan menggunakan campuran komponen kaku dan fleksibel dalam strukturnya. Subhimpunan ini kemudiannya dicantumkan bersama, membentuk rangka kekisi ringan yang terbuka. Seterusnya, ianya dilitup dengan lapisan nipis bahan polimer serupa yang digunakan sebagai rangkanya.

Maka terhasillah sayap yang lebih ringan, membuatkan ianya lebih cekap tenaga  berbanding rekabentuk konvensional samada diperbuat daripada logam atau komposit, ujar para penyelidik. Hal ini adalah kerana, struktur tersebut yang terdiri daripada ribuan topang seakan kayu mancis yang  berbentuk tiga segi, sebenarnya mempunyai banyak ruangan kosong, membentuk sebuah metamaterial mekanikal yang menggabungkan kekukuhan struktur sesebuah polimer seakan getah dan keringanan serta ketumpatan rendah seakan gel udara.

Jenett menjelaskan bahawa dalam fasa sesebuah penerbangan – pelepasan dan pendaratan, pelayaran, olah gerak dan sebagainya – setiap satunya memiliki set parameter sayap yang berbeza dan tersendiri, maka sayap konvensional dianggap suatu kompromi yang tidak dapat disesuaikan dengan tepat kepada mana-mana fasa tertentu, yakni kurang cekap. Sebuah sayap yang sentiasa berubah bentuk dapat memberikan anggaran lebih dekat ke atas konfigurasi terbaik bagi setiap fasa penerbangan.

Walaupun daya yang diperlukan untuk mengubah bentuk sayap tersebut dapat dilakukan dengan merangkumkan bersama motor dan kabel, kumpulan tersebut telah pun melangkau beberapa langkah kehadapan dengan merangka sebuah sistem yang bertindak balas secara automatik terhadap perubahan dalam keadaan pemuatan aerodinamik dengan mengubah bentuknya sendiri – suatu bentuk konfigurasi sayap yang pasif dan mampu selaras sendiri .

“Kami mampu mencapai kecekapan dengan memadankan bentuk dengan pemuatan-pemuatan pada serangan sudut yang berbeza”, kata Cramer,pengarang utama penyelidikan tersebut. “Kami mampu menghasilkan perlakuan yang serupa sepertimana anda lakukan secara aktif namun kami lakukannya secara pasif.”

Kesemua ini dapat dicapai melalui ketelitian dalam rekabentuk setiap posisi relatif topang dengan perbezaan dari jumlah fleksibiliti dan kekukuhan, yang direka supaya sayap tersebut atau bahagiannya, akan membengkok dalam keadaan yang tertentu sebagai tindak balas terhadap pelbagai bentuk tekanan.

Cheung dan lain-lain menunjukkan demonstrasi mengenai prinsip asasnya beberapa tahun yang lalu, dengan penghasilan sebuah sayap sepanjang lebih kurang satu meter, saiz setara sebuah model pesawat kawalan jauh yang biasa. Versi terbaru, dianggar lima kali lebih panjang, setara saiznya dengan sayap pesawat satu tempat duduk yang sebenar.dan ianya mudah untuk dibina.

Walaupun versi tersebut disusun secara manual oleh sekumpulan pelajar graduat, proses yang berulang itu direka supaya ianya mudah dilaksanakan oleh kerumunan robot pemasangan autonomi yang kecil dan ringkas. Rekaan dan pengujian sistem pemasangan robotik itu merupakan subjek penyelidikan akan datang, ulas Jenett.

Bahagian-bahagian individual sayap yang sebelumnya dipotong menggunakan sistem jet air, mengambil masa beberapa minit bagi setiap bahagian, jelas Jenett. Sistem terbaru mengaplikasikan acuan suntikan dengan resin polietilina dalam acuan kompleks 3D untuk menghasilkan setiap bahagian – pada dasarnya sebuah kiub berongga yang sisinya diperbuat dari topang  bersaiz mancis – dalam masa 17 saat, katanya, merupakan pendekatan bagus kearah tahap pengeluaran berskala.

“Kini, kami miliki kaedah pengeluaran,” ujarnya. Meskipun pelaburan terdahulu dalam perkakasan diperlukan, setelah dijelaskan,”bahagian lain adalah murah,” katanya. “Dalam milikan kami adalah berkotak-kotak dan semuanya sama.”

Hasilan kekisi, katanya, mempunyai ketumpatan 5.6 kilogram per meter kubik. Jika dibandingkan, ketumpatan getah adalah lebih kurang 1500 kilogram per kubik meter. “Keduanya mempunyai kekukuhan yang setara, akan tetapi ketumpatan bahan yang kami gunakan adalah satu per seratus daripada jumlah tersebut,” ujar Jenett.

Oleh kerana konfigurasi keseluruhan sayap tersebut atau struktur lain diperbuat daripada sub unit kecil, bentuknya bukanlah suatu masalah. “Anda boleh reka sendiri bentuk geometri sepertimana yang diingini,” katanya. “Kebanyakan pesawat mempunyai bentuk yang sama “ – pada dasarnya sebuah tiub dengan sepasang sayap – “adalah kerana perbelanjaannya. Tidak kesemuanya mempunyai bentuk yang paling cekap.” Akan tetapi kini pelaburan besar yang disalurkan ke atas proses rekabentuk, perkakas dan pengeluaran memastikan kemudahan untuk kekal menghasilkan konfigurasi yang kekal berpanjangan.

Kajian menunjukkan struktur badan dan sayap yang telah diintegrasi dapat menunjukkan  tahap kecekapan lebih baik bagi pelbagai aplikasi, katanya, dan melalui sistem yang dikatakan, hal tersebut dapat mempermudahkan pembinaan, pengujian, modifikasi dan pengujian selanjutnya.

Kajian tersebut memberi harapan kos dapat dikurangkan dan prestasi dapat ditingkatkan ke atas struktur yang lebih besar, ringan serta kukuh,” ujar Dniel Campbell, penyelidik struktur di Aurora Flight Sciences yang merupakan sebuah syarikat BOIENG, namun tidak terlibat dalam penyelidikan tersebut. ”Harapan pada aplikasi masa terdekat adalah penggunaan struktur tersebut untuk kapal udara dan struktur yang berkaitan dengan angkasa, misalnya antenna.”

Sayap yang baru tersebut direka sebesar yang mungkin untuk disesuaikan ke dalam terowong kelajuan tinggi milik NASA di Langley Research Center, dimana prestasinya melebihi jangkaan, ujar Jenett

Sistem yang sama dapat digunakan untuk struktur yang lain juga, kata Jenett, termasuklah sayap seakan bilah kincir angin, dimana kebolehan untuk himpun pasang di tapak dapat mengelakkan masalah mengangkut bilah-bilah besar. Kaedah himpun pasang yang sama sedang dimajukan untuk membina struktur angkasa dan akhirnya akan berguna sebagai jambatan dan lain-lain aplikasi berprestasi tinggi.

Pasukan tersebut melibatkan penyelidik di Cornell University, University of California di Berkeley dan Santa Cruz, NASA Langley Research Centre, Kaunas University of Technology Lithuania dan Qualified Technical Services, Inc., di Moffett Field, Kalifornia. Penyelidikan tersebut disokong oleh NASA ARMD Convergent Aeronautics Solutions Program (Projek MADCAT) dan MIT Center for Bits and Atoms.

oleh : David L. Chandler

terjemahan oleh: Saiful Bahari

Sumber: majalahsains.com

Tarikh Input: 27/09/2019 | Kemaskini: 27/09/2019 | amirahsyahira