Мать-природа, отец-инженер: Семейное древо нового компонента, который в настоящее время разрабатывается авиационной группой Airbus, можно описать так кратко. «Вес является важнейшим параметром в аэрокосмической промышленности», - объясняет профессор Йозеф Розенкранц, проректор по учебной и преподавательской деятельности в Аахенском университете прикладных наук и научный руководитель дипломной работы Питера Петцольда. Исследователи ищут законы геометрического проектирования и принципы построения («морфологии»), которые позволяют достичь максимальной безопасности и прочности при минимально возможном весе.
Гигантская водяная лилия несет людей до 70 кг
В своей исследовательской работе студент Петцольд вместе со своим руководителем Airbus Оливером Сиком исследовал «Victoria cruziana» из рода гигантских водяных лилий. Он посмотрел на это пресноводное растение на листе, точнее - под ним. Существуют ребра и разветвления, которые придают подушке для лилий удивительную устойчивость и малый вес. «Человек весом 70 кг, вес которого равномерно распределен на листе, может стоять на листе в течение нескольких минут. Большой лист может выдерживать нагрузки около 10 кг без помощи в течение нескольких минут без разрывов или складок, так как ребра делят оболочку листа на множество небольших участков кожи и эффективно укрепляют ее », - объясняет 27-летний выпускник FH в воздухе и космическая техника.
Петцольд проанализировал строительный принцип природы и выяснил, можно ли перенести структуру листа водяной лилии на конструкцию авиационных компонентов. Именно о спойлерах. Это компоненты, которые прикрепляются к крыльям и складываются при посадке. Они уменьшают подъемную силу крыла и в то же время увеличивают сопротивление воздуха. До сих пор эти спойлеры были построены как сотовые бутерброды. Новая концепция предусматривает, что ребра прикрепляются к точке крепления спойлеров, а затем разветвляются к краям. Это уменьшит вес до 7%, а прочность останется прежней. Экстраполяция в течение всего жизненного цикла воздушного судна, до 350 т СО 2 выбросы можно было бы избежать.
Молодежные исследования
17 захватывающих технологических проектов ждут своих преемников
3D-печать позволяет сложные структуры
«Это возможно только потому, что промышленность может рассчитывать на новые производственные процессы», - объясняет профессор Розенкранц. В частности, речь идет о процессе изготовления аддитивного слоя (ALM), также известном как 3D-печать. Металлические материалы наносятся тонкими слоями и расплавляются лазером, что позволяет изготавливать компоненты с такими сложными структурами, которые можно найти в новом спойлере. «Это область, в которой Ахенский университет прикладных наук является лидером», - говорит Розенкранц, имея в виду исследования и разработки профессора Андреаса Гебхардта и его команды из лаборатории Гете на факультете машиностроения и мехатроники.
Исследования Петцольда - это не просто пример природы. «Я проверил математические принципы, лежащие в основе принципов биологического дизайна, которые могут принести техническую пользу», - говорит 27-летний. В Airbus этот подход упал на благодатную почву: в рамках своей программы «Умное небо» авиационная группа хочет создать эксплуатационный образец спойлера к 2018 году и испытать его на практике. (КДж)