未來飛機,機翼或隨時“變形”
2019-04-09 11:08:04 來源:環(huán)球時報
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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