人為見風轉舵太麻煩,MIT 與 NASA 研發自動變形飛機

一些工程師總是熱衷於改造飛機。最近 NASA 與麻省理工學院(MIT)科學家合作開發出一款變形機翼,由數千個小模塊構成,表面看上去如一片龍麟,能根據周遭環境變化自動調整形狀以控制飛機飛行,使各階段空氣動力學效率達到最高。可惜不是變形金剛。

飛機的正式名稱叫固定翼飛機(Fixed-wing aeroplane),顧名思義,負責控制氣流通過以產生飛機升力的機翼為一固定構造。在機翼後緣有另可單獨操縱的活動面,靠外側的稱為副翼,用來控制飛機的滾轉運動;靠內側則是襟翼,在飛機起降階段負責增加升力或阻力,如果你剛好坐在機翼附近的靠窗位置,便可以看見副翼與襟翼在飛行途中會上下傾斜。

飛機在不同飛行階段(起飛、巡航、高技巧操作、著陸等)都有不同的最佳機翼參數值,但傳統機翼由金屬與復合材料製成,剛性不可折,而且非常重,從設計、製造到維護的成本都很高昂,並沒有特別針對某一飛行階段進行最佳化設計,也因此勢必犧牲了一些空氣動力學效率。

然而,一種能隨著環境變化不斷自動變形的機翼,將為每個飛行階段帶來最佳體驗。NASA 與麻省理工學院團隊現在便成功設計出這種原型:可隨周圍應力條件變化而自動改變形狀的變形翼。

人為見風轉舵太麻煩,MIT 與 NASA 研發自動變形飛機

▲ 變形翼原型機的內部結構。

新機翼由數千個微小三角支柱以螺絲連接成晶格骨架,最外層再覆蓋類似聚合物的材料,特殊設計使機翼可以根據特定類型的應力條件以特定方式彎曲,具有傳統機翼的剛度,但輕度與極低密度媲美氣凝膠。做個比較,新型機翼的密度為 5.6 公斤 / 立方公尺,橡膠的密度則是 1,500 公斤 / 立方公尺。

研究人員說,由於機翼整體結構基於更微小的子單元,所以晶格形狀是什麼並不重要,你可以根據需求選擇最適合的幾何形狀,這項技術除了可應用在未來的航空飛行器,比如機身、機翼融為一體的混合機翼外,也能做為風力發電機的新型旋轉葉片、新型橋梁結構、或在太空中自組裝的儀器設備等。

新論文發表在《智慧型材料與結構》(Smart Materials and Structures)期刊。

(首圖來源:NASA/麻省理工學院

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