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“新合金”為飛機插上會動的翅膀

2018-01-29 09:47:16 作者：本網整理來源：材料科技在線分享至：

美國宇航局已經成功地應用了一項新技術，使飛機可以在空中將機翼折疊到不同的角度。

最近，在加利福尼亞州的美國宇航局阿姆斯特朗飛行研究中心舉行了一部分機翼自適應項目（SAW）。該項目的目的是驗證通過使用尖端的輕質材料，能將機翼的外側部分及其操縱面折疊到最佳的飛行角度。

SAW技術是由位于克利夫蘭的美國宇航局格蘭研究中心（GRC，負責開展航空科學暨太空科學的研究的航空航天科研機構，與許多國內及國際上的科研機構分享其研究數據），和位于弗吉尼亞州的蘭利研究中心、位于佐治亞州的Area-I公司以及波音公司在圣路易斯和西雅圖的研究部門共同努力研發出來的。無論是亞音速飛行還是超音速飛行，這種技術將來都可能給飛機帶來多重效益。

飛行中折疊機翼是過去曾用過的技術。早在在20世紀60年代， XB-70轟炸機（北美航空XB－70“女武神”轟炸機，又譯為“瓦爾基里”，是原北美航空公司于60年代研制的高空高速戰略轟炸機）曾用過這種技術。SAW是對過去技術的研究創新。然而，過去飛機在飛行中折疊機翼的能力一直依賴于笨重的常規電機和液壓系統，這使飛機遇到很多麻煩。

SAW項目的目標是通過使用被稱為形狀記憶合金的新型輕質材料制作可折疊機翼，獲得廣泛的空氣動力學優勢。這種創新輕質材料被固定在飛機上的一個執行器上，它能夠在飛行中使機翼的外側部分折疊，同時不會使重型液壓系統變形。采用這種新技術的系統可能比傳統系統減少80％的重量，這對飛機上的部件正常工作起著至關重要的作用。

在加利福尼亞州的美國宇航局阿姆斯壯飛行研究中心進行PTERA飛行測試，其外側部分向上折疊70度。飛機起飛時翅膀零度偏轉，在起飛時保持水平。在飛行過程中，機翼使用格倫研究中心開發的熱觸發形狀記憶合金折疊

然而，在飛行中折疊機翼最重要的潛在好處之一是超音速飛行，或飛行速度超過聲速。

在商業客機之類的亞音速飛機上，折疊機翼可以獲得空氣動力學益處以及提高可控性，這樣就能降低對包括尾舵在內的飛機較重部分的依賴性。這可能會產生更節油的飛機，增加未來中長翼飛機在機場出租的可能性。另外，飛行員可以利用風吹等許多不同的飛行條件，通過折疊翅膀來適應飛行中的任何特殊情況

SAW的首席調查員Othmane Benafan表示：“我們希望看到：我們可以在飛行中移動機翼，以便能夠在任何位置得到我們想要的空氣動力學優勢，使用這個新技術可以實現這種設想。折疊機翼雖然有過研究卻未取得較大成功，現在情況發生變化，由于形狀記憶合金重量輕，可以放置在飛機上方便的地方，在這種情況下，這種可折疊機翼的想法可能會得到更好地實現。

最近，在阿姆斯特朗進行的一系列飛行試驗中，使用該材料制成的機翼在零下70度惡劣環境中飛行時成功折疊起來，展示了這種材料的優異性能。

SAW的首席調查員Matt Moholt說：”在超音速飛行中，飛機將翼尖向下折疊以進行“波浪”式飛行，同時減小飛行阻力。這可能會是更有效的超音速飛行。通過使用形狀記憶合金，我們可能在下一代的超音速飛機上使用這一技術。這樣，飛機在飛行過程中不僅阻力減少，而且機翼的性能還可以提高，從而使飛機飛行速度由亞音速轉變為超音速。“

翼展適應翼目的是通過允許翼的外側部分根據不同的飛行條件需求來適應或折疊，從而提高飛機性能。美國航空航天局的工程師認為這可能會產生橫向穩定性并減少阻力。

形狀記憶合金受溫度控制，通過在管中使用熱存儲器作執行器起移動和執行作用。飛機機翼折疊的工作原理是：在管內放置記憶金屬，合金在被加熱時，將在管中激活扭轉運動，這最終使得機翼的外部上下移動。

共同研發了這種新合金的美國宇航局格蘭研究中心與波音公司，為了能夠在未來飛行中使用帶有新合金的執行器展開密切合作

波音公司研究與技術部門的研究員Jim Mabe說：”我們波音公司與美國宇航局共同開發的這種新合金具有出色的性能。這種新合金在我們從初始測試到飛行測試一直表現穩定，并且同以前的材料相比具有更優越的性能。“

為了測試這種技術的性能，NASA向Area-I尋求幫助，開展一個名叫樣機技術評估測試（PTERA）的遠程控制實驗。值得補充的是，NASA和波音公司注重研究該合金，而Area-I更注重測試，PTERA是由Area-I設計和建造的，并且Area-I還參與了飛機形狀記憶合金驅動的機翼折疊機構的設計和整合。小型無人機具有許多的飛行測試儀器，非常適合收集SAW的數據，以及測試新設計的機翼。Area-I的研究人員使用小型無人機進行了試飛的飛行測試。

Area-I首席執行官Nicholas Alley博士說：”PTERA是作為飛行實驗室開發的，現在這個飛行測試系統中主要被用來做SAW實驗，機翼外側有意識的驅動是一個歷史性的事件，因為它發生在已經寫下了許多航空歷史的羅杰斯干湖（Rogers Dry Lake）上空。“

SAW測試進行了兩天的時間，包括一組系統安全飛行檢查。 PTERA從愛德華茲空軍基地的羅杰斯干湖上起飛，機翼水平，零度偏轉。實驗臺是以一個大的”跑道“模式飛行的，該模式提供了可以完成研究所需操作的長途飛行。在這些操作中，機載控制器對SAW執行器進行加熱和冷卻，將機翼面板折疊到零到70度之間的不同角度。

在前兩次飛行中，操縱機翼末端向下折疊，而后來的飛行則重新調整部件以實現70度的向上偏轉。每次均在三分鐘內完成折翼調整。

后續的SAW飛行計劃安排在2018年夏初，未來將擴大SAW系統的功能，實現在一次飛行中向上和向下都可以70度調整機翼。美國宇航局格蘭研究中心也準備進行測試，工程師們努力提高飛行器上的技術，以便將來應用在F-18的機翼上。

Moholt評論說：”我們把SAW技術置于真實的飛行環境中，這些不僅證明我們可以用這種技術飛行，而且還驗證了我們該如何整合它。那時我們將利用這些飛行數據繼續改進驅動系統，包括提高折疊機翼的速度和平順性，我們會在2018年試飛時應用這些數據。“

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責任編輯：殷鵬飛

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