“新合金”为飞机插上会动的翅膀

2018-01-29 09:47:16 作者：本网整理来源：材料科技在线分享至：

美国宇航局已经成功地应用了一项新技术，使飞机可以在空中将机翼折叠到不同的角度。

最近，在加利福尼亚州的美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心举行了一部分机翼自适应项目（SAW）。该项目的目的是验证通过使用尖端的轻质材料，能将机翼的外侧部分及其操纵面折叠到最佳的飞行角度。

SAW技术是由位于克利夫兰的美国宇航局格兰研究中心（GRC，负责开展航空科学暨太空科学的研究的航空航天科研机构，与许多国内及国际上的科研机构分享其研究数据），和位于弗吉尼亚州的兰利研究中心、位于佐治亚州的Area-I公司以及波音公司在圣路易斯和西雅图的研究部门共同努力研发出来的。无论是亚音速飞行还是超音速飞行，这种技术将来都可能给飞机带来多重效益。

飞行中折叠机翼是过去曾用过的技术。早在在20世纪60年代， XB-70轰炸机（北美航空XB－70“女武神”轰炸机，又译为“瓦尔基里”，是原北美航空公司于60年代研制的高空高速战略轰炸机）曾用过这种技术。SAW是对过去技术的研究创新。然而，过去飞机在飞行中折叠机翼的能力一直依赖于笨重的常规电机和液压系统，这使飞机遇到很多麻烦。

SAW项目的目标是通过使用被称为形状记忆合金的新型轻质材料制作可折叠机翼，获得广泛的空气动力学优势。这种创新轻质材料被固定在飞机上的一个执行器上，它能够在飞行中使机翼的外侧部分折叠，同时不会使重型液压系统变形。采用这种新技术的系统可能比传统系统减少80％的重量，这对飞机上的部件正常工作起着至关重要的作用。

在加利福尼亚州的美国宇航局阿姆斯壮飞行研究中心进行PTERA飞行测试，其外侧部分向上折叠70度。飞机起飞时翅膀零度偏转，在起飞时保持水平。在飞行过程中，机翼使用格伦研究中心开发的热触发形状记忆合金折叠

然而，在飞行中折叠机翼最重要的潜在好处之一是超音速飞行，或飞行速度超过声速。

在商业客机之类的亚音速飞机上，折叠机翼可以获得空气动力学益处以及提高可控性，这样就能降低对包括尾舵在内的飞机较重部分的依赖性。这可能会产生更节油的飞机，增加未来中长翼飞机在机场出租的可能性。另外，飞行员可以利用风吹等许多不同的飞行条件，通过折叠翅膀来适应飞行中的任何特殊情况

SAW的首席调查员Othmane Benafan表示：“我们希望看到：我们可以在飞行中移动机翼，以便能够在任何位置得到我们想要的空气动力学优势，使用这个新技术可以实现这种设想。折叠机翼虽然有过研究却未取得较大成功，现在情况发生变化，由于形状记忆合金重量轻，可以放置在飞机上方便的地方，在这种情况下，这种可折叠机翼的想法可能会得到更好地实现。

最近，在阿姆斯特朗进行的一系列飞行试验中，使用该材料制成的机翼在零下70度恶劣环境中飞行时成功折叠起来，展示了这种材料的优异性能。

SAW的首席调查员Matt Moholt说：”在超音速飞行中，飞机将翼尖向下折叠以进行“波浪”式飞行，同时减小飞行阻力。这可能会是更有效的超音速飞行。通过使用形状记忆合金，我们可能在下一代的超音速飞机上使用这一技术。这样，飞机在飞行过程中不仅阻力减少，而且机翼的性能还可以提高，从而使飞机飞行速度由亚音速转变为超音速。“

翼展适应翼目的是通过允许翼的外侧部分根据不同的飞行条件需求来适应或折叠，从而提高飞机性能。美国航空航天局的工程师认为这可能会产生横向稳定性并减少阻力。

形状记忆合金受温度控制，通过在管中使用热存储器作执行器起移动和执行作用。飞机机翼折叠的工作原理是：在管内放置记忆金属，合金在被加热时，将在管中激活扭转运动，这最终使得机翼的外部上下移动。

共同研发了这种新合金的美国宇航局格兰研究中心与波音公司，为了能够在未来飞行中使用带有新合金的执行器展开密切合作

波音公司研究与技术部门的研究员Jim Mabe说：”我们波音公司与美国宇航局共同开发的这种新合金具有出色的性能。这种新合金在我们从初始测试到飞行测试一直表现稳定，并且同以前的材料相比具有更优越的性能。“

为了测试这种技术的性能，NASA向Area-I寻求帮助，开展一个名叫样机技术评估测试（PTERA）的远程控制实验。值得补充的是，NASA和波音公司注重研究该合金，而Area-I更注重测试，PTERA是由Area-I设计和建造的，并且Area-I还参与了飞机形状记忆合金驱动的机翼折叠机构的设计和整合。小型无人机具有许多的飞行测试仪器，非常适合收集SAW的数据，以及测试新设计的机翼。Area-I的研究人员使用小型无人机进行了试飞的飞行测试。

Area-I首席执行官Nicholas Alley博士说：”PTERA是作为飞行实验室开发的，现在这个飞行测试系统中主要被用来做SAW实验，机翼外侧有意识的驱动是一个历史性的事件，因为它发生在已经写下了许多航空历史的罗杰斯干湖（Rogers Dry Lake）上空。“

SAW测试进行了两天的时间，包括一组系统安全飞行检查。 PTERA从爱德华兹空军基地的罗杰斯干湖上起飞，机翼水平，零度偏转。实验台是以一个大的”跑道“模式飞行的，该模式提供了可以完成研究所需操作的长途飞行。在这些操作中，机载控制器对SAW执行器进行加热和冷却，将机翼面板折叠到零到70度之间的不同角度。

在前两次飞行中，操纵机翼末端向下折叠，而后来的飞行则重新调整部件以实现70度的向上偏转。每次均在三分钟内完成折翼调整。

后续的SAW飞行计划安排在2018年夏初，未来将扩大SAW系统的功能，实现在一次飞行中向上和向下都可以70度调整机翼。美国宇航局格兰研究中心也准备进行测试，工程师们努力提高飞行器上的技术，以便将来应用在F-18的机翼上。

Moholt评论说：”我们把SAW技术置于真实的飞行环境中，这些不仅证明我们可以用这种技术飞行，而且还验证了我们该如何整合它。那时我们将利用这些飞行数据继续改进驱动系统，包括提高折叠机翼的速度和平顺性，我们会在2018年试飞时应用这些数据。“

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org

责任编辑：殷鹏飞

《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事
投稿联系：编辑部
电话：010-62313558-806
邮箱：fsfhzy666@163.com
中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414