Im Rahmen der Zusammenarbeit zwischen der Höheren Technischen Schule für Luft- und Raumfahrttechnik (ETSIAE) der Polytechnischen Universität Madrid (UPM) und dem Nationalen Institut für Luft- und Raumfahrttechnik des Verteidigungsministeriums (INTA) wurde eine „bioinspirierte Mikrodrohne“ mit verformbarer Flügelgeometrie entwickelt, bei der die beweglichen mechanischen Elemente in einem Flügel durch verformbare aerodynamische Oberflächen mittels intelligenter Materialien ersetzt wurden, was sich positiv auf die Leistungsfähigkeit des Geräts auswirkt.
Details des Prototyps: Gesamtansicht des Fahrzeugs (a) und Detail des am Flügel installierten piezoelektrischen Aktuators (b). Quelle: UPM.
Die Forschungsarbeit bestand darin, Verbundwerkstoffe in einen Flügel zu integrieren, sodass die Modifikation der Geometrie auf einer adaptiven Flügelgeometrie basiert, also ohne mechanische Elemente, da diese eine geringere zeitliche Reaktion aufweisen.
Intelligente Verbundwerkstoffe, sogenannte Makrofaserverbundwerkstoffe (MFCs), wurden an der Innenseite des Flügels angebracht. Durch präzise Spannungssteuerung lässt sich die Flügelgeometrie verändern, wodurch die aerodynamischen Eigenschaften und die Flugleistung gezielt an die Flugmanöver angepasst werden können. Dank der elektronischen Steuerung des Systems ermöglicht diese gezielte Veränderung der Flügelkrümmung eine unmittelbare und effiziente Anpassung der Flügelgeometrie, wodurch die aerodynamischen Eigenschaften modifiziert und an das Flugprofil angepasst werden.
„Wir sprechen darüber, wie eine erhöhte Krümmung die aerodynamischen Eigenschaften der Drohne verändert. Beispielsweise ermöglicht ein höherer maximaler Auftriebsbeiwert, dass das Fluggerät mit geringeren Geschwindigkeiten fliegt und so unterschiedliche Nutzlasten (Kameras, Videokameras, Atmosphärensensoren usw.) transportiert oder Start- und Landezeiten verkürzt werden“, erklären die Forscher. Diese erhöhte Vielseitigkeit ermöglicht es dem Fluggerät, sich an verschiedene Missionsszenarien anzupassen und macht es zu einem wertvollen Einsatzmittel in diversen Anwendungen. Dadurch werden seine Einsatzmöglichkeiten deutlich erweitert.
Konzept für den Entwurf eines bioinspirierten Mikro-Fluggeräts auf Basis intelligenter Materialien. Autor: Ángel A. Rodríguez Sevillano (ETSIAE-UPM).
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass Fahrzeugkontrolle und Manövrierfähigkeit mit diesen Systemen auf Basis intelligenter Verbundwerkstoffe deutlich verbessert werden können. Ihre Integration eröffnet neue Forschungswege in der Luft- und Raumfahrttechnik, insbesondere im Bereich der Flugmechanik, und liefert neue Elemente zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften und der Leistung. Laut den beteiligten Forschern sind „intelligente Verbundwerkstoffe der erste Schritt zur Entwicklung innovativer Strategien für adaptive Regelungsgesetze“.
