未來飛機，機翼或隨時“變形”

本報特約記者 王雪臣

傳統(tǒng)飛機的機翼一般是粗壯、厚實和堅固的，只有襟翼和副翼或者特殊設(shè)計的可變后掠翼可以活動，但未來的飛機可能完全不是這樣。美國有線電視新聞網(wǎng)(CNN)近日報道稱，由美國國家航空航天局(NASA)牽頭的科研團隊發(fā)明了一種新型靈活機翼，能夠在飛行中“變形”，這一創(chuàng)新將可能從根本上改變飛機設(shè)計。

報道稱，新型機翼寬14英尺，由數(shù)千個組件模塊組成，基于鳥翼的仿生學原理設(shè)計。NASA工程師尼克-克雷默介紹，禿鷹在飛行時，一般會把翅膀關(guān)節(jié)調(diào)整為適合滑翔的姿態(tài)，如果要做更加劇烈的飛行動作，動動翅膀就能完成姿態(tài)調(diào)整。他們研發(fā)的新型機翼，正是參考了鳥翼的這種特殊“變形”功能。

“變形”需要新材料。傳統(tǒng)飛機機翼一般使用高強度合金或復合材料，這保證了機翼的強度，卻很難實現(xiàn)翅膀“變形”的靈活性。NASA研究團隊在英國《智能材料與結(jié)構(gòu)》雜志上撰文稱，新型機翼使用的是柔性碳纖維復合材料，先是把復合材料注入同等大小的三維立體模具，再采取搭積木式的模塊化組裝模式，通過微型螺栓把數(shù)千個模塊部件交叉連接在一起，組成一個開放式的輕型網(wǎng)格狀機翼框架，然后再附上一層橡膠聚合物蒙皮。

研究團隊稱，“這種新型材料工藝和模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了一種可以精確彎曲和適應的結(jié)構(gòu)。集成到機翼中的計算機，可以使用算法來幫助機翼在飛行中變形并扭轉(zhuǎn)成最有效的形狀。”機翼可以像鳥兒的翅膀一樣，對空氣動力學需求做出快速反應，及時變成不同情況下最有效的飛行形狀。同時，采用輕型柔性模塊化設(shè)計，可以更加高效的組裝和更換零部件，簡化了機翼的制造加工和維修程序，降低了未來飛機的制造和維護成本。

變形還需要新的飛控系統(tǒng)。NASA艾姆斯研究中心的專家還為新機翼設(shè)計開發(fā)了新的“變形”控制程序。他們采用分布式控制程序，把傳感器分布到整個機翼的各個部件中，分布到機翼周圍的表面上，收集有關(guān)氣流等因素的數(shù)據(jù)，然后在相鄰節(jié)點之間共享該數(shù)據(jù)。NASA指出，“分布式部署的傳感器，可以實時報告和分析氣流模式，并調(diào)整飛機機翼的結(jié)構(gòu)。”

NASA研究人員披露，新型機翼設(shè)計已在弗吉尼亞州的蘭利研究中心進行了風洞測試，機翼的性能比預期的更好。在不同應力下，新型機翼或部分機翼能夠以特定方式彎曲。比如，飛機在起飛、降落、巡航、機動等階段，機翼形狀的最優(yōu)參數(shù)各不相同，新型機翼在每個階段都可以連續(xù)變形，并接近最佳外形。接下來的挑戰(zhàn)是，繼續(xù)改進變形設(shè)計，使結(jié)構(gòu)更加簡單并提高可靠性。最終的設(shè)計目標是可以使碳纖維復合材料機翼適合任何飛行、任何任務，或幾乎任何大氣條件?！?/p>

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