Imagine que o avião decolou e você olha pela janela e de repente descobre que as asas estão ondulando, girando e mudando de forma silenciosamente - a maioria dos passageiros provavelmente ficará nervosa no local. Mas é exatamente isso que os engenheiros alemães estão testando com uma nova tecnologia: um protótipo de asa deformável que pode “transformar-se” em tempo real durante o voo.
Este projeto, liderado pelo Centro Aeroespacial Alemão (DLR) e de codinome morphAIR, visa introduzir adaptabilidade aerodinâmica semelhante à de pássaros e peixes, tornando as aeronaves mais eficientes e mais fáceis de controlar. Na natureza, criaturas voadoras e nadadoras muitas vezes podem fazer ajustes extremamente finos e contínuos em toda a superfície da asa ou do corpo; os pássaros podem fazer mudanças complexas na envergadura, curvatura e torção, e os peixes podem alcançar propulsão e direção eficientes por meio de movimentos coordenados do tronco e das nadadeiras. Em contraste, as aeronaves tradicionais dependem de asas rígidas e superfícies de leme separadas, como flaps, ailerons e lemes, para mudar de atitude. Esta estrutura segmentada aumenta a complexidade mecânica, o peso e a carga de manutenção, ao mesmo tempo que causa ruído e perdas aerodinâmicas adicionais.
Nas últimas décadas, a razão pela qual tal estrutura de asa fixa e superfície de controle separada tem sido o padrão da indústria não é porque ela é perfeita, mas porque é um "compromisso" de engenharia. Um aerofólio adequado para decolagem não é adequado para cruzeiro, e um aerofólio adequado para cruzeiro não é adequado para pouso; um formato de asa adequado para uma certa velocidade, uma certa altitude ou um certo estado de manobra muitas vezes torna-se abaixo do ideal sob outras condições de operação. As asas de aeronaves civis existentes são projetadas "moderadamente" em torno de uma variedade de condições operacionais típicas: para serem "suficientes, mas não tão ruins" em tantos cenários quanto possível, em vez de serem extremamente otimizadas em qualquer cenário único.
O DLR está tentando romper com esse compromisso e, em vez disso, "projetar adaptabilidade" nos bastidores. No conceito morphAIR, as asas podem deformar-se ativamente durante diferentes estágios do voo: alcançando maior sustentação durante a decolagem e aterrissagem, reduzindo o arrasto durante o cruzeiro, melhorando a capacidade de resposta durante as curvas e aumentando a estabilidade em turbulência. Para tanto, o DLR instalou uma nova asa deformável em uma aeronave de teste não tripulada chamada PROTEUS e realizou testes comparativos lado a lado com asas tradicionais para verificar a aeronavegabilidade e o efeito de integração do sistema.
A asa morphAIR é construída em material compósito totalmente reforçado com fibra com "segmentos de transformação" integrados, capazes de flexão contínua no bordo de fuga. Esta peça usa HyTEM (Hyperelastic Trailing Edge Morphing), um sistema hiperelástico de deformação da borda de fuga desenvolvido independentemente pela DLR, que pode obter deformação suave sem linhas de dobra e lacunas óbvias. O conceito substitui flaps e ailerons convencionais por vários pequenos atuadores distribuídos por toda a envergadura, explica o líder do projeto Martin Radestock, do DLR Institute for Lightweight Systems. Esses atuadores podem ajustar com precisão o perfil do aerofólio em dez posições sem criar lacunas segmentadas no aerofólio, reduzindo assim o arrasto do perfil e melhorando o desempenho aerodinâmico geral e a dinâmica de voo enquanto alteram a sustentação, o arrasto induzido e o momento de controle.
O verdadeiro potencial da asa deformável só pode ser libertado através de sistemas de controlo inteligentes. A DLR desenvolveu um sistema de controle de voo assistido por IA para esse fim, projetado especificamente para essas características de movimento de asa altamente variáveis. Durante o voo, o algoritmo adaptativo monitora continuamente a resposta real da aeronave e a compara com o modelo de referência treinado. Uma vez detectadas condições anormais, como turbulência, danos locais ou falha de um atuador, o sistema redistribuirá as instruções de controle por toda a asa em tempo real para manter o vôo estável. Os algoritmos também foram treinados em cenários de falha simulados e são capazes de identificar e compensar modos de falha que levariam a graves perdas de controle na arquitetura tradicional de asa fixa.
No nível perceptivo, o DLR também adota uma solução engenhosa. Em vez de colocar uma matriz de sensor de grande área na asa, a equipe desenvolveu um método para inferir a distribuição da pressão aerodinâmica de toda a asa a partir de um pequeno número de pontos de medição. Com a ajuda desta tecnologia de reconstrução, o sistema de controle de vôo pode “perceber” o estado do fluxo de ar ao redor do aerofólio como um todo em tempo real, comparar o campo de pressão reconstruído com o estado esperado, identificar automaticamente distúrbios locais e responder ativamente e suprimi-los antes que sejam amplificados.
Com a cooperação de asas deformáveis, controle de voo de IA e tecnologia de reconstrução de campo de pressão, a asa morphAIR tem a capacidade de “sentir” e “pensar” seu próprio status de voo de certa forma. É descrito pelos pesquisadores como uma das tentativas de asa de aeronave até agora mais próximas da adaptabilidade da superfície da asa de um pássaro. Actualmente, o teste de voo do drone PROTEUS equipado com esta tecnologia verifica principalmente a aeronavegabilidade básica do sistema e a integração e coordenação entre vários subsistemas, estabelecendo as bases para uma maior optimização e expansão da aplicação no futuro.
Embora seja difícil para asas deformáveis semelhantes entrarem em grandes aviões comerciais num futuro próximo, tem perspectivas promissoras no campo dos drones. Na próxima etapa, a DLR planeja realizar mais voos de teste na arquitetura PROTEUS com massa total de aproximadamente 70 quilos para demonstrar a viabilidade de expansão da tecnologia para plataformas de maior escala. A DLR lançou anteriormente um vídeo de voo de teste, mostrando o processo de deformação da asa em tempo real durante o voo. O mundo exterior pode observar o desempenho real desta nova geração de tecnologia variável de superfície no ar através de links relevantes.