Mecânica

Asas dos aviões começam a mudar de forma durante o voo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/11/2022

Quatro geradores de vórtice "inteligentes", durante testes no avião ecoDemonstrator - todos estão recolhidos devido à baixa temperatura a 10.000 metros de altitude.
[Imagem: Boeing]

Gerador de vórtice

As cada vez mais úteis ligas de memória de forma estão permitindo que a NASA dê um aspecto futurístico a um dispositivo aerodinâmico que, mesmo sendo usado há décadas, nunca alcançou todo o seu potencial.

O dispositivo é conhecido como "gerador de vórtice", pedaços pequenos e planos de metal geralmente vistos saindo como barbatanas da superfície da asa de um avião, usados pela primeira vez nos Boeing 707, no início da década de 1950.

Pode parecer um contrassenso, mas o objetivo desses geradores de vórtices é perturbar o fluxo de ar que flui sobre a aeronave. Acontece que essa turbulência mistura as camadas de ar na superfície da asa e logo acima dela, fazendo com que mais fluxo de ar "grude" na asa. Isso resulta em maior sustentação, o que é muito bem-vindo durante as fases de decolagem, subida, aproximação e pouso, que requerem muita sustentação.

Mas, uma vez que o avião atinge sua altitude de cruzeiro, essa sustentação extra não é mais necessária, e essas pequenas barbatanas então acabam atrapalhando, gerando um arrasto que dura todo o voo.

É aí que entram as ligas com memória de forma, materiais capazes de recuperar sua forma original ou alternar entre formas mesmo depois de serem submetidas a quantidades relativamente grandes de deformação. O objetivo é usar essas ligas metamórficas para substituir os geradores de vórtices rígidos usados hoje, que são basicamente cunhas aparafusadas à superfície da asa.

Detalhe dos quatro mecanismos, sendo acionados seletivamente por aquecedores durante um teste em solo.
[Imagem: Boeing]

Geometria termicamente variável

O coração da tecnologia é um par de ligas com memória de forma que Othmane Benafan e seus colegas do Centro de Pesquisas Glenn, da NASA, desenvolveram, fabricaram e testaram em laboratório com o propósito específico de serem usadas como geradores de vórtices aeronáuticos.

O trabalho envolveu encontrar a receita certa de uma liga que mude de forma dentro de uma determinada faixa de temperatura, que possa ser moldada em peças pequenas o suficiente para caber no espaço permitido e ainda gerar torque suficiente para mover a barbatana submetida à pressão aerodinâmica.

"Trabalhamos com a Boeing nesta ideia desde o início. Dadas algumas noções básicas da geometria do dispositivo, as temperaturas, etc., projetamos as ligas para atender a esses requisitos," disse Benafan.

A liga com memória de forma foi inserida em uma dobradiça que foi adicionada a cada barbatana. Uma extremidade da liga é fixada na asa, enquanto a outra extremidade é presa à dobradiça. À medida que a liga se deforma, o que é feito por "gatilho" térmico, a extremidade presa à dobradiça faz com que a aleta abaixe ou suba.

Asas morfológicas

Um conceito inicial das barbatanas morfológicas foi testado em voo na aeronave Boeing ecoDemonstrator - um 777-200ER - em 2019.

Os geradores permaneceram levantados durante a decolagem e a subida inicial e, em seguida, dobraram enquanto o avião subia pelo ar mais frio, a 10.000 metros de altitude. Eles então retornaram ao seu estado estendido conforme o avião descia para as camadas mais quentes durante a aproximação para o pouso.

Demonstrado o conceito, a equipe então partiu para desenvolver uma versão definitiva, que seja durável e confiável o suficiente para fazer seu trabalho exatamente da mesma maneira todas as vezes, milhares de vezes, ao longo de muitos anos.

Além disso, foi adicionado um recurso essencial para que o mecanismo funcione durante os frios meses de inverno: Um sistema de aquecimento elétrico, que permita que as barbatanas sejam acionadas sob demanda, mesmo quando a atmosfera não atinge a temperatura elevada o suficiente para fazê-la assumir a posição estendida.

Esta demonstração é importante para o conceito de asas morfológicas, ou metamórficas, quando os aviões terão asas que mudam de formato para cada situação de voo - alguns mais visionários acreditam ser possível chegar a aviões com asas parecidas com as asas dos pássaros.