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NASA利用記憶合金打造新型可折疊機翼并成功試飛
新的飛行技術(shù)屬于“展向自適應(yīng)機翼”(SAW)項目的一部分。該項目由阿姆斯特朗飛行研究中心、NASA的克利夫蘭格倫研究中心(GRC)、弗吉尼亞州的蘭利研究中心、波音公司研究與技術(shù)部、Area-I公司聯(lián)合研發(fā)，利用一種先進的輕型材料，折疊飛機機翼的外部和控制面，以形成飛行最佳角度，有益于對未來的亞聲速和超聲速飛機。
技術(shù)創(chuàng)新
飛行中折疊機翼是曾研究過的一項創(chuàng)新技術(shù)，包括使用XB-70“女武神”(Valkyrie)轟炸機進行研究。然而因依賴于笨重的常規(guī)電機和液壓系統(tǒng)，折疊機翼技術(shù)的工程應(yīng)用一直面臨諸多問題。
SAW項目計劃使用一種名為“形狀記憶合金”的創(chuàng)新型輕量級材料，進行機翼折疊以獲取廣泛的飛行氣動效益。這種材料內(nèi)置在飛機的促動器上，對飛機上的移動部件起著至關(guān)重要的作用，它能夠在飛行中折疊飛機機翼外部組件，且不需要重型液壓系統(tǒng)提供壓力。使用這種新型技術(shù)的驅(qū)動系統(tǒng)可能比傳統(tǒng)系統(tǒng)輕80%。形狀記憶合金由溫度觸發(fā)，利用復(fù)合管內(nèi)的熱記憶來移動并作為一個制動器工作。加熱后，合金會在管子中進行扭轉(zhuǎn)運動，最終使機翼的外部向上或向下移動。NASA的格倫研究中心開發(fā)了初始的合金材料，并與波音公司密切合作，使合金能用于飛行過程。
技術(shù)優(yōu)勢
對商用客機這樣的亞聲速飛機而言，折疊機翼的優(yōu)勢是增強其可控性，取代較為繁重的飛機部件(包括尾舵)提高飛機的燃油效率，且有助于增加未來長翼飛機在機場滑行的能力。此外，飛行員可以利用許多不同的飛行條件(如陣風(fēng))，通過折疊機翼應(yīng)對飛行中的特殊情況;對超聲速飛機而言，折疊機翼的優(yōu)點更為突出。在超聲速飛行中，機翼翼尖朝下能夠有效減小阻力提高飛行效率。該成果可應(yīng)用于下一代超聲速飛機。
試驗情況
在阿姆斯特朗飛行研究中心進行的一系列飛行試驗成功驗證了這種材料的應(yīng)用情況。在飛行中，機翼可在0~70°范圍內(nèi)折疊。SAW項目的共同首席調(diào)查員奧斯曼·貝納芬表示，折疊機翼不是一種新興的技術(shù)，但是研究人員想要證明形狀記憶合金技術(shù)的可行性，這種合金材料比較緊湊、質(zhì)量輕，可以安裝在飛機上較為方便的位置。
為了測試這項技術(shù)，NASA與Area-I公司協(xié)同操作“原型技術(shù)-評估研究飛機”(PTERA)作為遙控飛行試驗臺。PTERA是由Area-I公司設(shè)計和建造的，該公司還參與了形狀記憶合金驅(qū)動的機翼折疊機制的設(shè)計和集成。這種小型無人機安裝大量的飛行記錄儀器，非常適用于收集試驗數(shù)據(jù)，同時有能力完成新型折疊機翼的測試任務(wù)。Area-I的工作人員在測試中進行飛行操作，使NASA和波音公司在飛行過程中專注于研究。Area-I公司的首席執(zhí)行官尼古拉斯·艾力表示，PTERA的研發(fā)初衷是使其充當(dāng)飛行實驗室的角色，它在一系列的試飛中完成了SAW試驗。舷外翼板在飛行中的主動驅(qū)動是一個歷史性事件。
SAW試驗為期兩天，包括系統(tǒng)安全性飛行試驗。PTERA從愛德華茲空軍基地的羅杰斯干湖起飛，機翼水平，呈0°角。試驗臺實在一個大型“跑道”上起飛的，這個“跑道”提供了長距離飛行足夠進行SAW研究的必要演習(xí)。過程中，機載控制器加熱或冷卻SAW促動器，使機翼面板在0-70°之間變化。在前兩次試飛中，機翼只能向下折疊，隨后幾次試飛中，工作人員需要重新整理硬件，使其能夠向上折疊至70°角，飛機機翼每次折疊都在三分鐘內(nèi)完成。
后續(xù)的SAW試飛計劃于2018年夏季進行，NASA將擴展SAW系統(tǒng)的功能，使其在一次飛行中既能向上折疊又能向下折疊。2018年的試飛還將在格倫研究中心進行，研究人員正在PTERA上努力擴展這種技術(shù)。
