سازه‌های مورفینگ

با استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار بال‌هایی ساخته می‌شود که متناسب با شرایط هواپیما، توانایی تغییر حالت دارند. در این صورت عملکرد هواپیما بهبود می‌یابد و ضمنا وزن سازه‌ها و سازوکارهای مورد استفاده و مصرف انرژی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.

سازه‌های مورفینگ (سازه‌های هوشمند) به سازه‌هایی اطلاق می‌شود که قادرند شکل و هندسه خود را با توجه به شرایط مختلف تغییر دهند و از این طریق سبب افزایش عملکرد سازه‌ها شوند.

در سال‌های اخیر فناوری مورفینگ توجه مهندسان پرواز و متخصصان علم آیرودینامیک را به خود جلب کرده است. مورفینگ در لغت به معنی تغییر شکل از حالتی به حالتی دیگر بدون ایجاد گسستگی است .

ایده استفاده از فناوری مورفینگ مانند بسیاری از فناوری‌های دیگر ریشه در طبیعت دارد. یکی از مشخصات قابل توجه پرندگان توانایی آنها در انطباق هندسه بال‌هایشان با توجه به شرایط مختلف پرواز می‌باشد. این قابلیت سبب افزایش عملکرد پرندگان می‌شود و کمک می‌کند که به آسانی بتوانند مراحلی مانند اوج گرفتن، تغییر جهت پرواز و تغییر سرعت را به بهترین صورت کنترل کنند.

به دلیل این که برای انجام یک پرواز خوب و ایده‌آل لازم است بال هواپیما در هر یک از شرایط پرواز هندسه متفاوتی داشته باشد متخصصان پس از مطالعه و بررسی شیوه‌های پرواز پرندگان تصمیم به تولید بال‌هایی با توانایی عملیاتی بالا به منظور جایگزینی با بال‌های هواپیماهای کنونی گرفته‌اند، ایده ساخت بال‌های قابل تغییر، که بال مورفینگ نامیده می‌شود ، برای نخستین بار در سال 1920 میلادی توسط ناسا مطرح شد. امروزه استفاده از این سازه‌ها ، که به آن‌ها سازه‌های هوشمند نیز گفته می‌شود، در صنایع مختلف به ویژه صنایع هوایی، مورد علاقه طراحان قرار گرفته است. از فناوری مورفینگ در چهار هواپیما تامکت، لنسر، هرنت و ماو استفاده شده است.

طراحان به منظور ایجاد سازه‌ای یکپارچه از ترکیبی از مواد خاص و پیچیده در طراحی بال مورفینگ استفاده کرده‌اند . استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار در این فناوری به دلیل امکان ترکیب سیستم عملگری با سازه اصلی موجب کاهش بسیاری از محدودیت‌ها و در نتیجه افزایش کارایی می‌شود .

یکی از اولین کاربردهای آلیاژ حافظه‌دار در مقیاس انبوه، استفاده در لوله‌های هیدرولیک هواپیمای اف 14 بوده است.

آلیاژهای حافظه دار به دسته‌ای از آلیاژها گفته می‌شود که قادرند تغییر شکل و کرنش‌های دائمی اعمال شده را بازیابی نمایند و در نهایت به شکل اولیه خود بازگردند. این مواد برای نخستین بار در سال 1932 میلادی کشف شد و به عنوان اولین نمونه آلیاژ طلا-کادمیوم در سال 1951 ساخته شد. سپس این خاصیت در سال 1953 در ایندیم-تیتانیم نیز مشاهده شد. این مواد دارای دو فاز ثابت‌اند. فاز در دمای بالا آستنیت و فاز با دمای پاییین مارتنزیت نامیده می‌شود. در رفتار آلیاژهای حافظه‌دار بر اساس یک دگرگونی فازی و تغییر ساختار بلوری که در آن‌ها رخ می‌دهد ، سبب می‌شود که از یک ساختار پایدار و مستحکم در دمای بالاتر به یک ساختار تغییر فرم پذیر پایدار در دمای پایین‌تر تبدیل گردد. ساختار مارتنزیتی در دمای پایین با افزایش دما به ساختار آستنیتی تبدیل می‌شود و در هنگام سرد کردن فرایند عکس رخ خواهد داد.

این آلیاژها دو ویژگی بسیار مهم دارند: رفتار حافظه‌ای و رفتار شبه‌الاستیک. از دیگر ویژگی این آلیاژها مقاومت زیاد در برابر خوردگی، مقاومت الکتریکی نسبتا خوب، شکل پذیری بالا و قابلیت انطباق با بدن می‌باشند. آلیاژهای حافظه‌دار در دماهای مختلف خصوصیات مکانیکی متنوعی دارند. با استفاده از سیم‌هایی از جنس آلیاژ حافظه‌دار و در نتیجه اعمال گشتاور خمشی می‌توان در ورق‌های بال هواپیما گشتاور خمشی ایجاد کرد و منحنی ورق را تغییر داد.

پژوهش‌هایی درباره طراحی ایرفویل هواپیما با استفاده از تکنولوژی مورفینگ انجام شده‌است در سه دسته تغیر پلاتفرم، تغییر خمیدگی در راستای طول بال و تغییر پروفیل مقطع بال دسته‌بندی می‌شوند.

در هواپیماهای امروزی به طور معمول به منظور تغییر در مقطع بال و یا به عبارت بهتر، ایجاد خمیدگی در مقطع بال، از فلپ‌هایی در لبه حمله و لبه فرار بال استفاده می‌شود. در صورت به کارگیری آلیاژهای حافظه‌دار در عملگر این گونه بال­ها، به دلیل عدم استفاده از قطعات مکانیکی متحرک، علاوه بر سبک شدن سازه بال، در هواپیماهای نظامی امکان رادارگریز بودن آن‌ها را فراهم می‌کند.