Asas que podem variar suas formas tão livremente quanto asas de pássaros podem ter vantagens para aeronaves pequenas em ambientes construídos, sugere um novo estudo conduzido por engenheiros da Universidade de Michigan.
“Esses são apenas dois usos que identificamos, mas outra parte que me deixa muito animado é que, como nos pássaros, uma asa de metamorfose 3D pode realizar uma ampla variedade de tarefas. O fato de que apenas duas juntas permitem uma gama tão ampla de controle é promissor para o design de aeronaves “, disse Christina Harvey, Ph.D. estudante de engenharia aeroespacial na U-M e primeiro autor do artigo no Journal of the Royal Society Interface.
Como os pássaros podem manobrar até mesmo nossos drones mais avançados de tamanho semelhante, os engenheiros estão interessados nas possibilidades de asas semelhantes às das aves. Os pássaros fazem as asas transformadas parecerem sem esforço, dobrando-se em uma ampla variedade de planos e arcos.
No entanto, fazer veículos aéreos não tripulados, ou UAVs, com asas que se transformam é difícil – normalmente, os pesquisadores gerenciam apenas emulações grosseiras de pássaros, com algumas superfícies em cada asa. Se os engenheiros vão enfrentar o desafio de imitar essa variabilidade natural, eles querem ter certeza de que haverá uma recompensa.
“Os aspectos mais incríveis dessa pesquisa foram perceber o quanto não se sabe sobre o vôo das aves e aprender o quanto pode ser melhorado em aeronaves, motivado pelo que aprendemos com as aves. A descoberta aqui tem dois sentidos: somos capazes de contribuir para a compreensão voo aviário, bem como para o projeto de UAV “, disse Dan Inman, o Harm Buning Collegiate Professor de Engenharia Aeroespacial e autor sênior do artigo.
A equipe usou simulações de computador para procurar as vantagens das asas de metamorfose 3D. Seus estudos percorreram todas as formas que as gaivotas costumam fazer com suas asas enquanto planam, por meio de combinações de posições de “cotovelo” e “pulso”. Eles testaram cada um em simulações de vôo planado e identificaram duas manobras nas quais a metamorfose 3D completa das asas pode ser útil para UAVs. Eles confirmaram a precisão das simulações com testes em túnel de vento de modelos impressos em 3D.
Uma força da transformação de asas 3D é a estabilidade durante rajadas de vento. Ao alterar o formato de suas asas, os pássaros podem ser capazes de manter sua orientação e altitude, apesar de serem atingidos por uma forte brisa. Isso seria útil para UAVs que são pequenos, leves e voam muito mais perto de obstáculos do que as aeronaves convencionais – por exemplo, entre prédios nas ruas da cidade.
“Ao permitir que as características de estabilidade sejam ajustadas independentemente da elevação, uma asa de metamorfose 3D pode ser melhor equipada para se ajustar a tais ambientes”, disse Harvey.
Outra área potencial de melhoria é o pouso. Uma combinação de posições de cotovelo e punho criou uma forma que imita os efeitos aerodinâmicos dos flaps convencionais nas asas do avião durante a descida. A equipe suspeita que transformar a asa com esses ângulos articulares pode permitir que os pássaros descam em ângulos mais íngremes. Se for esse o caso, os UAVs 3D com metamorfose podem usar caminhos de aproximação mais curtos para pousar.
Tendo mostrado que apenas duas articulações em uma asa podem ajudar a controlar uma aeronave em uma variedade de manobras, a equipe pretende explorar se eles podem projetar uma asa que consiga essa transformação 3D.
“Se for assim, isso pode ajudar a impulsionar um novo design de drones de asas mutantes multifuncionais”, disse Harvey.
Publicado em 14/06/2021 02h27
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