人为见风转舵太麻烦,MIT 与NASA 研发自动变形飞机

  一些工程师总是热中改造飞机。最近NASA 与麻省理工学院(MIT)科学家合作开发出一款变形机翼,由数千个小模块构成,表面看上去如一片龙麟,能根据周遭环境变化自动调整形状以控制飞机飞行,使各阶段空气动力学效率达到最高。可惜不是变形金刚。

  飞机的正式名称叫固定翼飞机(Fixed-wing aeroplane),顾名思义,负责控制气流通过以产生飞机升力的机翼为一固定构造。在机翼后缘有另可单独操纵的活动面,靠外侧的称为副翼,用来控制飞机的滚转运动;靠内侧则是襟翼,在飞机起降阶段负责增加升力或阻力,如果你刚好坐在机翼附近的靠窗位置,便可以看见副翼与襟翼在飞行途中会上下倾斜。

  飞机在不同飞行阶段(起飞、巡航、高技巧操作、着陆等)都有不同的最佳机翼参数值,但传统机翼由金属与复合材料制成,刚性不可折,而且非常重,从设计、制造到维护的成本都很高昂,并没有特别针对某一飞行阶段进行最佳化设计,也因此势必牺牲了一些空气动力学效率。

  然而,一种能随着环境变化不断自动变形的机翼,将为每个飞行阶段带来最佳体验。NASA 与麻省理工学院团队现在便成功设计出这种原型:可随周围应力条件变化而自动改变形状的变形翼。

▲ 变形翼原型机的内部结构。

  新机翼由数千个微小三角支柱以螺丝连接成晶格骨架,最外层再覆盖类似聚合物的材料,特殊设计使机翼可以根据特定类型的应力条件以特定方式弯曲,具有传统机翼的刚度,但轻度与极低密度媲美气凝胶。做个比较,新型机翼的密度为5.6 公斤/立方公尺,橡胶的密度则是1,500 公斤/立方公尺。

  研究人员说,由于机翼整体结构基于更微小的子单元,所以晶格形状是什么并不重要,你可以根据需求选择最适合的几何形状,这项技术除了可应用在未来的航空飞行器,比如机身、机翼融为一体的混合机翼外,也能做为风力发电机的新型旋转叶片、新型桥梁结构、或在太空中自组装的仪器设备等。

  新论文发表在《智慧型材料与结构》(Smart Materials and Structures)期刊。

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