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“新合金”為飛機(jī)插上會(huì)動(dòng)的翅膀

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

美國(guó)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(guó)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(guò)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(guó)宇航局格蘭研究中心（GRC，負(fù)責(zé)開(kāi)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(guó)內(nèi)及國(guó)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(mén)共同努力研發(fā)出來(lái)的。無(wú)論是亞音速飛行還是超音速飛行，這種技術(shù)將來(lái)都可能給飛機(jī)帶來(lái)多重效益。

飛行中折疊機(jī)翼是過(guò)去曾用過(guò)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(guò)這種技術(shù)。SAW是對(duì)過(guò)去技術(shù)的研究創(chuàng)新。然而，過(guò)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(guò)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(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)。這種創(chuàng)新輕質(zhì)材料被固定在飛機(jī)上的一個(gè)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(shí)不會(huì)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(duì)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(guó)宇航局阿姆斯壯飛行研究中心進(jìn)行PTERA飛行測(cè)試，其外側(cè)部分向上折疊70度。飛機(jī)起飛時(shí)翅膀零度偏轉(zhuǎn)，在起飛時(shí)保持水平。在飛行過(guò)程中，機(jī)翼使用格倫研究中心開(kāi)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(guò)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(dòng)力學(xué)益處以及提高可控性，這樣就能降低對(duì)包括尾舵在內(nèi)的飛機(jī)較重部分的依賴性。這可能會(huì)產(chǎn)生更節(jié)油的飛機(jī)，增加未來(lái)中長(zhǎng)翼飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)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(guò)折疊翅膀來(lái)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(dòng)機(jī)翼，以便能夠在任何位置得到我們想要的空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)，使用這個(gè)新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這種設(shè)想。折疊機(jī)翼雖然有過(guò)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(huì)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(shí)成功折疊起來(lái)，展示了這種材料的優(yōu)異性能。

SAW的首席調(diào)查員Matt Moholt說(shuō)：”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(shí)減小飛行阻力。這可能會(huì)是更有效的超音速飛行。通過(guò)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(guò)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(guò)允許翼的外側(cè)部分根據(jù)不同的飛行條件需求來(lái)適應(yīng)或折疊，從而提高飛機(jī)性能。美國(guó)航空航天局的工程師認(rèn)為這可能會(huì)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(guò)在管中使用熱存儲(chǔ)器作執(zhí)行器起移動(dòng)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(shí)，將在管中激活扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這最終使得機(jī)翼的外部上下移動(dòng)。

共同研發(fā)了這種新合金的美國(guó)宇航局格蘭研究中心與波音公司，為了能夠在未來(lái)飛行中使用帶有新合金的執(zhí)行器展開(kāi)密切合作

波音公司研究與技術(shù)部門(mén)的研究員Jim Mabe說(shuō)：”我們波音公司與美國(guó)宇航局共同開(kāi)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(cè)試到飛行測(cè)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(cè)試這種技術(shù)的性能，NASA向Area-I尋求幫助，開(kāi)展一個(gè)名叫樣機(jī)技術(shù)評(píng)估測(cè)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(cè)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(dòng)的機(jī)翼折疊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和整合。小型無(wú)人機(jī)具有許多的飛行測(cè)試儀器，非常適合收集SAW的數(shù)據(jù)，以及測(cè)試新設(shè)計(jì)的機(jī)翼。Area-I的研究人員使用小型無(wú)人機(jī)進(jìn)行了試飛的飛行測(cè)試。

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

SAW測(cè)試進(jìn)行了兩天的時(shí)間，包括一組系統(tǒng)安全飛行檢查。 PTERA從愛(ài)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(tái)是以一個(gè)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(zhǎng)途飛行。在這些操作中，機(jī)載控制器對(duì)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(lái)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(lái)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(guó)宇航局格蘭研究中心也準(zhǔn)備進(jìn)行測(cè)試，工程師們努力提高飛行器上的技術(shù)，以便將來(lái)應(yīng)用在F-18的機(jī)翼上。

Moholt評(píng)論說(shuō)：”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?cè)撊绾握纤Ｄ菚r(shí)我們將利用這些飛行數(shù)據(jù)繼續(xù)改進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括提高折疊機(jī)翼的速度和平順性，我們會(huì)在2018年試飛時(shí)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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