पक्षी उड़ान से प्रेरित होकर, आईआईटी-मद्रास ने विमानों के स्टालों को रोकने के लिए अभूतपूर्व ‘मॉर्फिंग स्किन’ विकसित की

क्या होगा अगर विमान के पंख पक्षियों की तरह व्यवहार कर सकते हैं, खतरनाक स्टालों से बचने के लिए वास्तविक समय में अनुकूलन कर सकते हैं और यहां तक कि ईंधन दक्षता में भी सुधार कर सकते हैं।

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, मद्रास (आईआईटी-एम) के शोधकर्ताओं ने पक्षियों की उड़ान से प्रेरित होकर एक नई ‘मॉर्फिंग स्किन’ अवधारणा विकसित की है, जो विमानन के सबसे महत्वपूर्ण जोखिमों में से एक, वायुगतिकीय स्टाल को संभालने के विमान के तरीके को मौलिक रूप से बदल सकती है।

इस शोध का नेतृत्व आईआईटी-मद्रास के डॉ. रिंकू मुखर्जी ने किया, जिन्होंने आईआईटी-मद्रास के पूर्व छात्र एंटनी सैमुअल बी के साथ न्यूमेरिकल कोड पर काम किया और आईआईटी-मद्रास के पूर्व छात्र डॉ. अरिट्रास रॉय के साथ पवन सुरंग प्रयोगों और कार्यान्वयन पर काम किया।

यह उपन्यास अनुकूली “बाहरी त्वचा” एयरफ्लो को अलग करने, लिफ्ट को बढ़ाने, ड्रैग को कम करने और विमान सुरक्षा और ईंधन दक्षता में सुधार करने के लिए वास्तविक समय में गतिशील रूप से बदल जाती है।

एक वायुगतिकीय स्टाल तब होता है जब एयरफ्लो एक विंग से अलग हो जाता है, जिससे लिफ्ट का अचानक नुकसान होता है और ड्रैग बढ़ जाता है, जिसका अर्थ है कि विमान अपने स्वयं के वजन का समर्थन करने के लिए पर्याप्त लिफ्ट उत्पन्न नहीं कर रहा है और इसलिए यह हवा में रहने के बजाय गिरना शुरू हो जाता है।

यह अध्ययन एक सरल लेकिन शक्तिशाली नवाचार को प्रदर्शित करता है। एक अतिरिक्त लचीला विंग असेंबली अटैचमेंट गतिशील रूप से खुद को नया आकार देता है क्योंकि एयरफ्लो अलग होना शुरू हो जाता है।

वायु प्रवाह को अलग होने देने के बजाय (जो एक स्टाल और लिफ्ट के अचानक नुकसान का कारण बनता है), यह अनुकूली बाहरी त्वचा प्रवाह के साथ संरेखित होती है, इसे संलग्न रखती है और उच्च झुकाव कोणों पर भी विमान को स्थिर करती है।

एक तत्काल अनुप्रयोग वाणिज्यिक विमानन में है, जहां प्रौद्योगिकी सुरक्षित टेक-ऑफ और लैंडिंग को सक्षम कर सकती है, विशेष रूप से व्यस्त या छोटे रनवे पर, विमान को उड़ान स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला में कुशलता से संचालित करने की अनुमति देकर।

ड्रैग को सीमित करते हुए लिफ्ट को बढ़ाने की सिस्टम की क्षमता सीधे ईंधन की बचत और कम उत्सर्जन में भी तब्दील हो जाती है, जो विमानन उद्योग के स्थिरता की ओर बढ़ने के साथ संरेखित होती है।

निष्कर्ष यूरोपियन जर्नल ऑफ मैकेनिक्स – बी/फ्लुइड्स (https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2025.204348) में प्रकाशित हुए थे, जो एक सहकर्मी-समीक्षा एल्सेवियर पत्रिका है जो द्रव यांत्रिकी के सभी क्षेत्रों में सैद्धांतिक, कम्प्यूटेशनल और प्रयोगात्मक अनुसंधान प्रकाशित करता है।

इस शोध पत्र के सह-लेखक डॉ. अरित्रस रॉय और डॉ. रिंकू मुखर्जी हैं।

आईआईटी-मद्रास के एप्लाइड मैकेनिक्स एंड बायोमेडिकल इंजीनियरिंग विभाग के एसोसिएट प्रोफेसर डॉ. मुखर्जी ने कहा, “हमारा शोध एक सार्वभौमिक जिज्ञासा को उजागर करता है कि पक्षी शायद ही कभी ‘स्टॉल’ करते हैं, फिर भी विमान, उनसे प्रेरित होने के बावजूद, अभी भी रुकते हैं।

टीम ने इंजीनियरिंग और स्मार्ट सामग्रियों का उपयोग करके प्रकृति की अनुकूलनशीलता की नकल करके इस अंतर को पाट दिया। मुखर्जी ने कहा कि यह प्रणाली वास्तविक दुनिया की पवन सुरंग सत्यापन के साथ पूर्वानुमानित कम्प्यूटेशनल मॉडल को जोड़ती है, और यहां तक कि मैक्रो फाइबर कम्पोजिट (एमएफसी) स्ट्रिप्स को भी एकीकृत करती है जो वास्तविक समय में आकार परिवर्तन को समझ सकती है और सक्रिय कर सकती है।

मुखर्जी ने आगे कहा, “जब कोई उड़ान उड़ान भरता है, तो यह हमेशा हवाई जहाज को जमीन से हवा में उठाने के लिए अतिरिक्त बल उत्पन्न करने के लिए खुद को झुका लेता है। कभी-कभी कुछ प्रतिकूल उड़ान स्थितियों के कारण झुकाव भी हो सकता है। ऐसी स्थितियों में, बाहरी त्वचा (विंग असेंबली अटैचमेंट) खुद को एक सुरक्षित डिग्री तक झुका लेती है जो अतिरिक्त उठाने वाली शक्ति उत्पन्न करती रहती है जो हवाई जहाज को हवा में रखती है और/या दुर्घटनाओं को रोकती है।

शुरुआती परिणाम हड़ताली हैं। मॉर्फिंग त्वचा न केवल प्रवाह पृथक्करण को रोकती है, बल्कि ड्रैग को कम करते हुए लिफ्ट को भी बढ़ाती है – सुरक्षित उड़ानों और बेहतर ईंधन दक्षता के लिए दरवाजा खोलती है।

महत्वपूर्ण रूप से, डिवाइस पारंपरिक परिचालन सीमाओं से भी परे काम करता है, संभावित रूप से पायलटों को अशांति, पक्षी निकटता या यांत्रिक गड़बड़ी जैसी प्रतिकूल परिस्थितियों में अधिक नियंत्रण प्रदान करता है।

इस शोध की वर्तमान स्थिति और वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों के लिए संभावित समयसीमा को साझा करते हुए, रिंकू मुखर्जी ने कहा, “यह शोध 20 साल से अधिक पुराना है, जहां हमने अलग-अलग प्रवाह का अध्ययन करने के लिए एक अवधारणा ली है और वास्तविक समय में उड़ान गुणों को वास्तव में नियंत्रित करने के लिए इसे एक भौतिक उपकरण में परिवर्तित किया है।

उन्होंने कहा, “हमने प्रयोगात्मक रूप से अवधारणा को मान्य किया है और परीक्षण मामलों का परीक्षण भी किया है और इसका पेटेंट कराया है। इसलिए, हम वास्तविक समय की उड़ान स्थितियों में वास्तविक विमानों में इसे लागू करने के लिए तैयार हैं।

स्टाल प्रतिरोध में सुधार के अलावा, अनुसंधान विमानन और संबद्ध क्षेत्रों में कई उच्च प्रभाव वाले वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों की ओर इशारा करता है।

एक मानक (NACA 4415) एयरफ़ॉइल कॉन्फ़िगरेशन के साथ 3D विंग पर परीक्षण की गई मॉर्फिंग त्वचा की अवधारणा, जटिल यांत्रिक प्रणालियों के बिना एयरफ्लो विशेषताओं को गतिशील रूप से बदलने की क्षमता को प्रदर्शित करती है, जिससे यह अगली पीढ़ी के विमान डिजाइन के लिए अत्यधिक आकर्षक हो जाती है।

यह नवाचार मानव रहित हवाई वाहनों (यूएवी) और ड्रोन के लिए भी वादा करता है, जहां अनुकूली पंख धीरज, गतिशीलता और पेलोड दक्षता में काफी सुधार कर सकते हैं।

चूंकि डिजाइन भारी एक्ट्यूएटर्स से बचाता है और निष्क्रिय या अर्ध-सक्रिय विरूपण पर निर्भर करता है, यह विशेष रूप से छोटे विमान प्लेटफार्मों के लिए अनुकूल है जहां वजन और ऊर्जा की कमी महत्वपूर्ण है। शोध दल ने कहा।

रक्षा और उच्च-प्रदर्शन विमानन में, प्रौद्योगिकी चरम युद्धाभ्यास, अशांति या युद्ध परिदृश्यों के दौरान बेहतर नियंत्रण प्रदान कर सकती है, जहां पंखों पर स्थिर वायु प्रवाह बनाए रखना महत्वपूर्ण है। वास्तविक समय में विंग व्यवहार को अनुकूलित करने की क्षमता उत्तरजीविता और मिशन प्रदर्शन दोनों को बढ़ा सकती है।

उन्होंने कहा कि बाहरी त्वचा की अपेक्षाकृत सरल ऐड-ऑन प्रकृति मौजूदा विमानों को फिर से तैयार करने की संभावनाओं को खोलती है, जिससे गोद लेने में बाधा कम हो जाती है।

पूरे पंखों को फिर से डिजाइन करने के बजाय, निर्माता प्रदर्शन को उन्नत करने के लिए मॉर्फिंग सतहों को एकीकृत कर सकते हैं, जिससे यह नवाचार न केवल भविष्यवादी हो जाता है, बल्कि संभावित रूप से स्केलेबल और उद्योग के लिए तैयार हो जाता है।