變形機翼技術如何讓天空變得更“潔淨”_風聞

作者：蘭順正

首發自： 科普中國-軍事科技前沿

近日外媒發佈消息稱，由萊昂納多公司牽頭開展的“潔淨天空”“支線飛機變形機翼”項目已進入與翼尖、機翼前緣和後緣相關的變形概念的高級設計階段。

鳥類翅膀航空應用潛力巨大

鳥類一直是人類模仿的飛行對象

在過去，“像鳥兒一樣飛翔”是無數古人的夢想，但即使在航空技術高度發達的今天，“像鳥一樣飛翔”仍然有其先進之處。眾所周知，機翼是飛行器賴以飛行的主要部件，而在飛行中有目的地改變機翼外形(如機翼後掠、改變翼展和彎度等)，可以有效地增加機翼的效率。這其中最常見的就是，在飛機起飛和降落時，機翼需要在副翼、襟翼、擾流器和其他控制舵面的輔助下改變形狀，以達到最理想的機翼參數，但是目前此類調整方法笨重、複雜、效率低下，而在自然界，鳥類的翅膀就可以輕易做到這一點。

其實早在20世紀80年代，各國就開始致力於像鳥類翅膀一樣靈活擺動的可變形飛機機翼研究。當年美國空軍曾在F-111型戰鬥轟炸機上測試“任務自適應機翼”。這種機翼融合了可變掠角和無縫變彎度技術，可根據飛行情況自動改變機翼的幾何參數，進而使飛行阻力減少20%以上。但是由於當時技術尚不成熟，這種機翼反而增加了飛機的重量和功率需求。

麻省理工團隊用結構片搭接的變形機翼

而在近年來，隨着柔性結構技術的進步，以及商用飛機的增加而帶來的增加飛行效率並減少排放的需求，變形機翼技術再次獲得發展。如2016年美國麻省理工學院研究團隊設計了一種全新的變形機翼概念，由許多像鱗片或羽毛一樣的細小的、輕量化的結構片搭接而成。這種結構片採用碳纖維增強聚合物之類高比模量材料製成，可以像積木一樣組合成各種形狀，結構片間也可像鱗片或羽毛一樣相互運動，通過小型驅動電機在翼尖施加一個扭轉力矩即可使機翼沿翼展方向產生一致的變形。通過仔細選擇結構片尺寸、材料以及組裝方式，可以精確地控制最終機翼的形狀和彈性。

變形機翼讓天空變得更“潔淨”

而此次由萊昂納多公司牽頭開展的“潔淨天空”“支線飛機變形機翼”項目是人類在模仿鳥類飛行中的又一次突破，其基本原理是，通過調整機翼的形狀和弧度，以適應相應飛行階段所需的配置，特別是在飛行的上升和下降階段，優化機翼的氣動性能。目前，研究人員正在考慮引進先進的前緣變形設備，同時結合變形後緣，通過使用兩個或三個鉸鏈，使機翼更像鳥的翅膀，可連續旋轉或移動，更自由地改變機翼形狀，在控制系統的幫助下，無需飛行員直接干預，將空氣動力阻力可能帶來的影響降到最低。

鳥類翅膀堪稱最先進的“機翼”

目前，“支線飛機變形機翼”項目已進入與翼尖、機翼前緣和後緣相關的變形概念的高級設計階段。相關風洞試驗項目計劃將分幾個階段兩年內展開。第一階段將側重於與起降條件相關的低速飛機性能評估。第二階段將着重於陣風影響衰減系統。第三階段將使用1:3比例模型評估高速柔性機翼，研究變形裝置的氣動性能和減載能力。所有這些實驗步驟都是為最後的驗證步驟做準備，與結構主動減載系統相連的主動翼尖變形裝置將安裝在現有飛機上，並做相應修改。

預計未來支線航空運輸將以年均6%的速度增長三倍，而這將產生約9000架新支線飛機的市場需求，因此將大大增加了全球航空排放負擔。而“支線飛機變形機翼”技術一旦成功，能帶來顯著的節能和環境效益，其作用將不可估量。

軍事小詞典

變形機翼技術：指的是通過模仿鳥類的翅膀，可以在飛行中有目的地改變機翼外形，從而有效地增加機翼效率的技術。