|
2017年10月3日，美国航空航天局（NASA）网站报道称，该局的一支研究团队正在通过NASA的“聚合航空解决方案”（CAS）项目，开展“展向自适应机翼”（SAW）项目研究，探索飞行中使部分飞机机翼弯曲或变形的可行性，从而通过降低重量和阻力提升性能和效率。 机翼折叠技术并不新鲜。舰载机往往需要将其机翼折叠起来，以节省甲板空间，并不用于改善气动的目的。美空军XB-70轰炸机等在飞行中成功实现了机翼折叠。这些折叠系统需要异常复杂和笨重的结构，包括液压、气动和电系统，既增加了不少重量也占据了相当的空间。 1968年，马赫数3一级的超声速远程轰炸机——XB-70“战神婢女”（“瓦尔基里”）的首架原型机正在试飞，其机翼展长65%位置处开始的外翼段已向下折叠。这种设计主要着眼于改善XB-70在高速飞行时的操稳特性（NASA图片） NASA工程师相信，利用先进材料和技术实现飞行中的机翼折叠对未来的飞机来说将是一项重大变化。该局和波音公司的研究人员正在开发的创新式作动系统使用了形状记忆合金（SMA），试图利用不太复杂、更轻和更简洁的硬件实现机翼折叠。所选的SMA是一种工程用镍－钛合金，可通过加热变形恢复到预设形状。与机翼折叠类似，SMA也不是项新突破，该材料已可商用，其独特的特性使其可作为常用作动器的备选。但目前的商用SMA仅有有限能力，只能在接近室温时工作。NASA开发的材料改善了能力，具有更高的工作载荷、更高的工作温度和能量密度。该材料具有更好的可预测特性并能精确控制，使其非常适合于航空应用。该材料在“记忆”或“调试”能力方面性能优越，因其极好的微结构特性产生了一种更优更稳定的材料。 在SAW项目中，NASA使用SMA材料作为扭力管作动器。在该构型中，一支或一组经过“调试”的SMA管通过内部加热器或外部电线圈加热，促发其弯曲，实现预定运动以驱动机翼折叠。电感应温度改变只是一种激励可能。SMA还可通过使用飞机发动机的引气或简单的通过飞行中外界温度变化触发变形。这一方法结构简洁、重量轻并且非常安静，可使整个作动器包链接到机翼铰链点。常规的作动方法大多数情况下不能安装到该区域，导致需要复杂和笨重的链接或传动装置驱动机翼或类似气动面折叠。 在NASA的阿姆斯特朗飞行研究中心（位于加利福尼亚州爱德华兹空军基地），研究人员们正将NASA的一架F/A-18研究机的外翼段拆下来，以便交付给位于俄亥俄州克利夫兰的NASA格林研究中心开展SAW项目研究（NASA图片） 但是从试验台到用SMA替代相关系统需要开发一套完整的作动与控制系统，而这是波音公司的优势并可借鉴之前经验。该公司2012年在其飞行试验项目中使用了SMA，将一个紧凑SMA扭力管作动器综合到了一架波音737-800的小型后缘襟翼上，该机是波音公司的环保验证机（ecoDemonstrator）之一。NASA计划在2017年秋季晚些时候将SMA综合到SAW的“原型技术评价与研究飞机”（PTERA）进行缩比飞行试验，在这之前该局格林中心的团队希望能在一个大尺寸机翼上开展SMA作动器的地面试验。 NASA格林研究中心材料研究工程师奥斯曼·本纳凡博士（Dr. Othmane Benafan）称，该试验非常重要，我们希望能更快从缩比试验过渡到全尺寸验证，这将帮助我们更好了解SMA在不同载荷与工作状态下在真实机翼上如何工作。为此，NASA阿姆斯特朗研究中心的人员将一架F/A-18研究机的翼段拆除，以便在NASA格林中心进行试验。选择该F/A-18不仅是因为NASA的自有飞机，而且还考虑到飞机带有美海军需要的机翼折叠系统。该翼段于2017年7月交付给NASA格林中心，将拆除所有的工厂造折叠机械装置，将用一个2万英寸／磅的SMA扭力管作动器代替。当激活后，机翼作动器将加热和弯曲，带动300磅（136千克）重的翼段产生180度偏转，这样可从离飞行就绪位置90度偏转到垂直折叠位置，以及向下90度。更重要的是，NASA希望验证可驱动偏转到达在180度范围内的任何预定角度。 奥斯曼·本纳凡博士是SAW的共同研究员之一，他正在对采用形状记忆合金的作动器的一种模态和来自F/A-18研究机的外翼段进行检查（NASA图片） 通过全尺寸地面试验和即将开启的缩比飞行试验，SAW项目团队正努力通过SMA增强的机翼变形改变飞机设计。最终该变形能力可在飞行中的所有阶段（包括地面、亚声速和可能的超声速）提升飞机性能。 （中国航空工业发展研究中心 吴蔚） 关注本公众号有以下三种方式： 1、点击本文顶部蓝色“空天防务观察”字样，点击“关注”； |
|
|
