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“新合金”為飛機(jī)插上會動的翅膀

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

美國宇航局已經(jīng)成功地應(yīng)用了一項(xiàng)新技術(shù)，使飛機(jī)可以在空中將機(jī)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(jī)翼自適應(yīng)項(xiàng)目（SAW）。該項(xiàng)目的目的是驗(yàn)證通過使用尖端的輕質(zhì)材料，能將機(jī)翼的外側(cè)部分及其操縱面折疊到最佳的飛行角度。

SAW技術(shù)是由位于克利夫蘭的美國宇航局格蘭研究中心（GRC，負(fù)責(zé)開展航空科學(xué)暨太空科學(xué)的研究的航空航天科研機(jī)構(gòu)，與許多國內(nèi)及國際上的科研機(jī)構(gòu)分享其研究數(shù)據(jù)），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(fā)出來的。無論是亞音速飛行還是超音速飛行，這種技術(shù)將來都可能給飛機(jī)帶來多重效益。

飛行中折疊機(jī)翼是過去曾用過的技術(shù)。早在在20世紀(jì)60年代， XB-70轟炸機(jī)（北美航空XB－70“女武神”轟炸機(jī)，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(zhàn)略轟炸機(jī)）曾用過這種技術(shù)。SAW是對過去技術(shù)的研究創(chuàng)新。然而，過去飛機(jī)在飛行中折疊機(jī)翼的能力一直依賴于笨重的常規(guī)電機(jī)和液壓系統(tǒng)，這使飛機(jī)遇到很多麻煩。

SAW項(xiàng)目的目標(biāo)是通過使用被稱為形狀記憶合金的新型輕質(zhì)材料制作可折疊機(jī)翼，獲得廣泛的空氣動力學(xué)優(yōu)勢。這種創(chuàng)新輕質(zhì)材料被固定在飛機(jī)上的一個執(zhí)行器上，它能夠在飛行中使機(jī)翼的外側(cè)部分折疊，同時不會使重型液壓系統(tǒng)變形。采用這種新技術(shù)的系統(tǒng)可能比傳統(tǒng)系統(tǒng)減少80％的重量，這對飛機(jī)上的部件正常工作起著至關(guān)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(jìn)行PTERA飛行測試，其外側(cè)部分向上折疊70度。飛機(jī)起飛時翅膀零度偏轉(zhuǎn)，在起飛時保持水平。在飛行過程中，機(jī)翼使用格倫研究中心開發(fā)的熱觸發(fā)形狀記憶合金折疊

然而，在飛行中折疊機(jī)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(yè)客機(jī)之類的亞音速飛機(jī)上，折疊機(jī)翼可以獲得空氣動力學(xué)益處以及提高可控性，這樣就能降低對包括尾舵在內(nèi)的飛機(jī)較重部分的依賴性。這可能會產(chǎn)生更節(jié)油的飛機(jī)，增加未來中長翼飛機(jī)在機(jī)場出租的可能性。另外，飛行員可以利用風(fēng)吹等許多不同的飛行條件，通過折疊翅膀來適應(yīng)飛行中的任何特殊情況

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

最近，在阿姆斯特朗進(jìn)行的一系列飛行試驗(yàn)中，使用該材料制成的機(jī)翼在零下70度惡劣環(huán)境中飛行時成功折疊起來，展示了這種材料的優(yōu)異性能。

SAW的首席調(diào)查員Matt Moholt說：”在超音速飛行中，飛機(jī)將翼尖向下折疊以進(jìn)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(jī)上使用這一技術(shù)。這樣，飛機(jī)在飛行過程中不僅阻力減少，而且機(jī)翼的性能還可以提高，從而使飛機(jī)飛行速度由亞音速轉(zhuǎn)變?yōu)槌羲佟?ldquo;

翼展適應(yīng)翼目的是通過允許翼的外側(cè)部分根據(jù)不同的飛行條件需求來適應(yīng)或折疊，從而提高飛機(jī)性能。美國航空航天局的工程師認(rèn)為這可能會產(chǎn)生橫向穩(wěn)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(zhí)行器起移動和執(zhí)行作用。飛機(jī)機(jī)翼折疊的工作原理是：在管內(nèi)放置記憶金屬，合金在被加熱時，將在管中激活扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，這最終使得機(jī)翼的外部上下移動。

共同研發(fā)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(zhí)行器展開密切合作

波音公司研究與技術(shù)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(fā)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(xiàn)穩(wěn)定，并且同以前的材料相比具有更優(yōu)越的性能。“

為了測試這種技術(shù)的性能，NASA向Area-I尋求幫助，開展一個名叫樣機(jī)技術(shù)評估測試（PTERA）的遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)。值得補(bǔ)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(shè)計(jì)和建造的，并且Area-I還參與了飛機(jī)形狀記憶合金驅(qū)動的機(jī)翼折疊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和整合。小型無人機(jī)具有許多的飛行測試儀器，非常適合收集SAW的數(shù)據(jù)，以及測試新設(shè)計(jì)的機(jī)翼。Area-I的研究人員使用小型無人機(jī)進(jìn)行了試飛的飛行測試。

Area-I首席執(zhí)行官Nicholas Alley博士說：”PTERA是作為飛行實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的，現(xiàn)在這個飛行測試系統(tǒng)中主要被用來做SAW實(shí)驗(yàn)，機(jī)翼外側(cè)有意識的驅(qū)動是一個歷史性的事件，因?yàn)樗l(fā)生在已經(jīng)寫下了許多航空歷史的羅杰斯干湖（Rogers Dry Lake）上空。“

SAW測試進(jìn)行了兩天的時間，包括一組系統(tǒng)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(jī)翼水平，零度偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)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(jī)載控制器對SAW執(zhí)行器進(jìn)行加熱和冷卻，將機(jī)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(jī)翼末端向下折疊，而后來的飛行則重新調(diào)整部件以實(shí)現(xiàn)70度的向上偏轉(zhuǎn)。每次均在三分鐘內(nèi)完成折翼調(diào)整。

后續(xù)的SAW飛行計(jì)劃安排在2018年夏初，未來將擴(kuò)大SAW系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)在一次飛行中向上和向下都可以70度調(diào)整機(jī)翼。美國宇航局格蘭研究中心也準(zhǔn)備進(jìn)行測試，工程師們努力提高飛行器上的技術(shù)，以便將來應(yīng)用在F-18的機(jī)翼上。

Moholt評論說：”我們把SAW技術(shù)置于真實(shí)的飛行環(huán)境中，這些不僅證明我們可以用這種技術(shù)飛行，而且還驗(yàn)證了我們該如何整合它。那時我們將利用這些飛行數(shù)據(jù)繼續(xù)改進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)，包括提高折疊機(jī)翼的速度和平順性，我們會在2018年試飛時應(yīng)用這些數(shù)據(jù)。“

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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