变形机翼技术如何让天空变得更“洁净”

制作:中国科普

作者:兰顺正

策划:宋雅娟

监督人:光明网络科普部

最近，国外媒体宣布，莱昂纳多公司领导的“洁净天空”和“支线飞机变体机翼”项目已经进入翼尖、机翼前缘和机翼后缘相关变体概念的高级设计阶段。

鸟的翅膀在航空领域有巨大的应用潜力

鸟类一直是人类模仿的飞行物体。

过去，“像鸟一样飞翔”是无数古代人的梦想，但即使在航空技术高度发达的今天，“像鸟一样飞翔”仍有其优势。众所周知，机翼是飞机飞行的主要部件，通过有目的地改变机翼的形状(如机翼后掠角、翼展和弯度等)，可以有效地提高机翼的效率。)。其中最常见的是，当飞机起飞和着陆时，机翼需要在副翼、襟翼、扰流板和其他操纵面的帮助下改变其形状，以便获得最理想的机翼参数。然而，目前这种调整方法繁琐、复杂且效率低下。在自然界中，鸟的翅膀很容易做到这一点。

事实上，早在20世纪80年代，各国就开始致力于研究像鸟翅膀一样灵活摆动的可变形机翼。美国空军在F-111战斗轰炸机上测试了“任务适应性机翼”。这种机翼结合了可变后掠角和无缝可变弯度技术，能够根据飞行条件自动改变机翼的几何参数，从而将飞行阻力降低20%以上。然而，由于当时技术的不成熟，机翼实际上增加了飞机的重量和功率要求。

麻省理工学院团队将变形机翼与结构薄板重叠

近年来，随着柔性结构技术的进步以及民用飞机的增加带来的提高飞行效率和减少排放的需求，变形翼技术得到了重新发展。例如，2016年，麻省理工学院的研究团队设计了一个全新的变形机翼概念，它是由许多小而轻的结构件如鳞片或羽毛重叠而成。结构片由高比模量材料如碳纤维增强聚合物制成，可以组合成各种形状如积木，结构片也可以像鳞片或羽毛一样相互移动，通过小驱动电机在翼尖施加扭矩，机翼可以沿翼展方向产生一致的变形。最终机翼的形状和弹性可以通过仔细选择结构件的尺寸、材料和装配方法来精确控制。

变形的翅膀让天空变得更干净

莱昂纳多公司领导的“洁净天空”和“支线飞机变形机翼”项目是模仿鸟类飞行的又一个突破。其基本原理是调整机翼的形状和弧度，以适应相应飞行阶段所需的构型，特别是优化机翼在上升和下降飞行阶段的气动性能。目前，研究人员正在考虑引入先进的前缘变形设备，结合变形的后缘，通过使用两个或三个铰链使机翼更像鸟的翅膀，这些铰链可以连续旋转或移动，并且可以更*地改变机翼的形状。在控制系统的帮助下，气动阻力的影响可以被最小化，而无需飞行员的直接干预。

鸟的翅膀是最先进的“翅膀”

目前，“支线飞机变体机翼”项目已经进入了与翼尖、前缘和后缘相关的变体概念的高级设计阶段。相关的风洞试验项目计划在两年内分几个阶段启动。第一阶段将集中于与起飞和着陆条件相关的低速飞机的性能评估。第二阶段将集中于阵风冲击衰减系统。在第三阶段，将使用1:3比例模型评估高速柔性机翼，并研究变形装置的气动性能和减载能力。所有这些实验步骤都是为最后的验证步骤做准备。连接到结构主动减载系统的主动翼尖变形装置将安装在现有飞机上，并进行相应修改。

预计未来支线航空运输将以年均6%的速度增长三倍，这将产生约9000架新支线飞机的市场需求，从而大大增加全球空气排放负担。然而，“支线飞机变体机翼”技术一旦成功，将带来显著的节能和环保效益，其效果将是不可估量的。

小型军事词典

变形翼技术:指通过模仿鸟类的翅膀，在飞行中有目的地改变翅膀形状，从而有效提高翅膀效率的技术。