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未来飞机,机翼或随时“变形”

| 2020-08-23

  

  本报特约记者 王雪臣

  传统飞机的机翼一般是粗壮、厚实和坚固的,只有襟翼和副翼或者特殊设计的可变后掠翼可以活动,但未来的飞机可能完全不是这样。美国有线电视新闻网(CNN)近日报道称,由美国国家航空航天局(NASA)牵头的科研团队发明了一种新型灵活机翼,能够在飞行中“变形”,这一创新将可能从根本上改变飞机设计。

  报道称,新型机翼宽14英尺,由数千个组件模块组成,基于鸟翼的仿生学原理设计。NASA工程师尼克-克雷默介绍,秃鹰在飞行时,一般会把翅膀关节调整为适合滑翔的姿态,如果要做更加剧烈的飞行动作,动动翅膀就能完成姿态调整。他们研发的新型机翼,正是参考了鸟翼的这种特殊“变形”功能。

  “变形”需要新材料。传统飞机机翼一般使用高强度合金或复合材料,这保证了机翼的强度,却很难实现翅膀“变形”的灵活性。NASA研究团队在英国《智能材料与结构》杂志上撰文称,新型机翼使用的是柔性碳纤维复合材料,先是把复合材料注入同等大小的三维立体模具,再采取搭积木式的模块化组装模式,通过微型螺栓把数千个模块部件交叉连接在一起,组成一个开放式的轻型网格状机翼框架,然后再附上一层橡胶聚合物蒙皮。

  研究团队称,“这种新型材料工艺和模块化设计结构,创造了一种可以精确弯曲和适应的结构。集成到机翼中的计算机,可以使用算法来帮助机翼在飞行中变形并扭转成最有效的形状。”机翼可以像鸟儿的翅膀一样,对空气动力学需求做出快速反应,及时变成不同情况下最有效的飞行形状。同时,采用轻型柔性模块化设计,可以更加高效的组装和更换零部件,简化了机翼的制造加工和维修程序,降低了未来飞机的制造和维护成本。

  变形还需要新的飞控系统。NASA艾姆斯研究中心的专家还为新机翼设计开发了新的“变形”控制程序。他们采用分布式控制程序,把传感器分布到整个机翼的各个部件中,分布到机翼周围的表面上,收集有关气流等因素的数据,然后在相邻节点之间共享该数据。NASA指出,“分布式部署的传感器,可以实时报告和分析气流模式,并调整飞机机翼的结构。”

  NASA研究人员披露,新型机翼设计已在弗吉尼亚州的兰利研究中心进行了风洞测试,机翼的性能比预期的更好。在不同应力下,新型机翼或部分机翼能够以特定方式弯曲。比如,飞机在起飞、降落、巡航、机动等阶段,机翼形状的最优参数各不相同,新型机翼在每个阶段都可以连续变形,并接近最佳外形。接下来的挑战是,继续改进变形设计,使结构更加简单并提高可靠性。最终的设计目标是可以使碳纤维复合材料机翼适合任何飞行、任何任务,或几乎任何大气条件。▲

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