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虽说翱翔在天空的飞鸟，启发了人类发明飞机。不过人造大块头远比不上鸟儿那样灵活敏捷。为了实现升降和转向等动作，早期的飞机设计师们发明了襟翼、副翼和扰流板，以及各种用来操控它们的机械装置。但这又让空气动力效率大打折扣。 要是机翼能像鸟类翅膀和羽毛一样，可以随时改变整体形态来面对不同的飞行需求，那么不仅有望减轻重量，还可以大大提升飞行效率。 近日，美国麻省理工学院（MIT）和 NASA 自适应数字复合航空结构技术（MADCAT）项目组，联合康奈尔大学和加州大学伯克利分校等知名高校的研究人员，在期刊 Smart Materials and Structures 发表了可变形机翼的最新研究成果。 图 | 新的可变形机翼结构将大幅度提高航天器的效率 （来源：Eli Gershenfeld, NASA Ames Research Center） 该机翼是由数万个小三角形组成的一个网格状立体结构，表面覆盖有聚合材料薄层，能够在电子系统的帮助下，自动追踪空气动力条件的变化，主动改变姿态，实现节省燃料，提升性能，降低成本的目的。 目前，研究团队已经在 NASA 的高速风洞中测试了机翼原型，表现超过预期。未来，这种刚柔并济的结构还可以拓展到机身和发动机等部位，进一步优化飞行效率。 图 | 组装中的可变形机翼（来源：NASA） 事实上，可变形机翼这一概念早已存在，中国、欧盟和美国都有类似的研究项目。起飞，上升，巡航，下降，着陆，每个飞行阶段都有不同的最佳机翼参数，传统机翼受制于技术和量产成本，只能通过襟翼、副翼和扰流板等机械装置达成目的，是一种对所有飞行阶段的泛化和妥协，而非最佳选择。 因此，可变形机翼的核心价值在于，以机翼为整体，根据不同飞行状态改变其姿态，从而在各个飞行阶段都获得最大的空气动力效率，大幅提升飞机性能。 此次研究团队发表的最新进展，是基于他们 2016 年的科研成果。当时，他们就利用碳纤维增强塑料制造出了特殊的轻质结构片，组成了可变形机翼的最初版本——一架机翼长约 1 米，体积与遥控飞机类似的概念验证机。他们在飞机上安装了小型电机，可以在机翼的翼尖施加扭转压力，促使机翼产生方向一致的形变。 经过两年多的改良，研究团队制造出了一副更大的机翼，长度约为之前的 5 倍，和真正的单座飞机机翼差不多，重量却只有不到 10%。他们还升级了机翼结构和制作工艺，其密度仅有每立方米 5.6 千克，不足橡胶密度的千分之一，却拥有相似的刚度。 机翼内部使用了大量三角形结构，每个基本单元都是由数根支柱组成的三角形和多边形，看起来像是数千根火柴杆连在一起。它们由聚乙烯树脂（塑料）制成，非常轻巧，排列组合的方式也经过特殊设计，不同位置的支柱拥有不同的柔韧性和刚度，因此在承受压力时，会以特定方式弯曲，使得机翼跟着一起变形。 图 | 手工组装机翼结构（来源：Kenny Cheung, NASA Ames Research Center） |
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