萊昂納多公司：支線飛機(jī)變形機(jī)翼 潔凈天空

近日外媒發(fā)布消息稱，由萊昂納多公司牽頭開(kāi)展的“潔凈天空”“支線飛機(jī)變形機(jī)翼”項(xiàng)目已進(jìn)入與翼尖、機(jī)翼前緣和后緣相關(guān)的變形概念的高級(jí)設(shè)計(jì)階段。

鳥(niǎo)類翅膀航空應(yīng)用潛力巨大

在過(guò)去，“像鳥(niǎo)兒一樣飛翔”是無(wú)數(shù)古人的夢(mèng)想，但即使在航空技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，“像鳥(niǎo)一樣飛翔”仍然有其先進(jìn)之處。眾所周知，機(jī)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(jī)翼外形（如機(jī)翼后掠、改變翼展和彎度等），可以有效地增加機(jī)翼的效率。這其中最常見(jiàn)的就是，在飛機(jī)起飛和降落時(shí)，機(jī)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(dá)到最理想的機(jī)翼參數(shù)，但是目前此類調(diào)整方法笨重、復(fù)雜、效率低下，而在自然界，鳥(niǎo)類的翅膀就可以輕易做到這一點(diǎn)。

其實(shí)早在20世紀(jì)80年代，各國(guó)就開(kāi)始致力于像鳥(niǎo)類翅膀一樣靈活擺動(dòng)的可變形飛機(jī)機(jī)翼研究。當(dāng)年美國(guó)空軍曾在F-111型戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上測(cè)試“任務(wù)自適應(yīng)機(jī)翼”。這種機(jī)翼融合了可變掠角和無(wú)縫變彎度技術(shù)，可根據(jù)飛行情況自動(dòng)改變機(jī)翼的幾何參數(shù)，進(jìn)而使飛行阻力減少20%以上。但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)尚不成熟，這種機(jī)翼反而增加了飛機(jī)的重量和功率需求。

而在近年來(lái)，隨著柔性結(jié)構(gòu)技術(shù)的進(jìn)步，以及商用飛機(jī)的增加而帶來(lái)的增加飛行效率并減少排放的需求，變形機(jī)翼技術(shù)再次獲得發(fā)展。如2016年美國(guó)麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種全新的變形機(jī)翼概念，由許多像鱗片或羽毛一樣的細(xì)小的、輕量化的結(jié)構(gòu)片搭接而成。這種結(jié)構(gòu)片采用碳纖維增強(qiáng)聚合物之類高比模量材料制成，可以像積木一樣組合成各種形狀，結(jié)構(gòu)片間也可像鱗片或羽毛一樣相互運(yùn)動(dòng)，通過(guò)小型驅(qū)動(dòng)電機(jī)在翼尖施加一個(gè)扭轉(zhuǎn)力矩即可使機(jī)翼沿翼展方向產(chǎn)生一致的變形。通過(guò)仔細(xì)選擇結(jié)構(gòu)片尺寸、材料以及組裝方式，可以精確地控制最終機(jī)翼的形狀和彈性。

變形機(jī)翼讓天空變得更“潔凈”

而此次由萊昂納多公司牽頭開(kāi)展的“潔凈天空”“支線飛機(jī)變形機(jī)翼”項(xiàng)目是人類在模仿鳥(niǎo)類飛行中的又一次突破，其基本原理是，通過(guò)調(diào)整機(jī)翼的形狀和弧度，以適應(yīng)相應(yīng)飛行階段所需的配置，特別是在飛行的上升和下降階段，優(yōu)化機(jī)翼的氣動(dòng)性能。目前，研究人員正在考慮引進(jìn)先進(jìn)的前緣變形設(shè)備，同時(shí)結(jié)合變形后緣，通過(guò)使用兩個(gè)或三個(gè)鉸鏈，使機(jī)翼更像鳥(niǎo)的翅膀，可連續(xù)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)，更自由地改變機(jī)翼形狀，在控制系統(tǒng)的幫助下，無(wú)需飛行員直接干預(yù)，將空氣動(dòng)力阻力可能帶來(lái)的影響降到最低。

目前，“支線飛機(jī)變形機(jī)翼”項(xiàng)目已進(jìn)入與翼尖、機(jī)翼前緣和后緣相關(guān)的變形概念的高級(jí)設(shè)計(jì)階段。相關(guān)風(fēng)洞試驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃將分幾個(gè)階段兩年內(nèi)展開(kāi)。第一階段將側(cè)重于與起降條件相關(guān)的低速飛機(jī)性能評(píng)估。第二階段將著重于陣風(fēng)影響衰減系統(tǒng)。第三階段將使用1:3比例模型評(píng)估高速柔性機(jī)翼，研究變形裝置的氣動(dòng)性能和減載能力。所有這些實(shí)驗(yàn)步驟都是為最后的驗(yàn)證步驟做準(zhǔn)備，與結(jié)構(gòu)主動(dòng)減載系統(tǒng)相連的主動(dòng)翼尖變形裝置將安裝在現(xiàn)有飛機(jī)上，并做相應(yīng)修改。

預(yù)計(jì)未來(lái)支線航空運(yùn)輸將以年均6%的速度增長(zhǎng)三倍，而這將產(chǎn)生約9000架新支線飛機(jī)的市場(chǎng)需求，因此將大大增加了全球航空排放負(fù)擔(dān)。而“支線飛機(jī)變形機(jī)翼”技術(shù)一旦成功，能帶來(lái)顯著的節(jié)能和環(huán)境效益，其作用將不可估量。

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