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MIT聯手NASA設計了一種可變形機翼:新型“超材料”讓飛行更節能!

2019-04-04    來源:中國節能網
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[ 導讀 ]:來自美國國家航空航天局和麻省理工學院的研究人員聯手重新思考飛機機翼,研究出一種可變形機翼,它利用所謂的“超材料”采用輕量級的晶格框架,能夠根據空氣動力自動改變形狀,能夠讓飛機隨時靈活微調,從而讓飛行更加節能高效,易于維護和修理。
 來自美國國家航空航天局和麻省理工學院的研究人員聯手重新思考飛機機翼,研究出一種可變形機翼,它利用所謂的“超材料”采用輕量級的晶格框架,能夠根據空氣動力自動改變形狀,能夠讓飛機隨時靈活微調,從而讓飛行更加節能高效,易于維護和修理。
(圖文無關)
如果你在飛機機翼旁邊有一個靠窗的座位,你可能會看到機翼上的襟翼逐漸嚙合,并在飛機起飛和降落時脫離。這是因為在飛行的每個階段——起飛、著陸、巡航和機動——理想的機翼參數會有所不同。到目前為止,我們已經通過修改帶有鉸接表面的剛性機翼來實現這一目標。但想象一下,如果整個機翼都能改變形狀——這就是美國宇航局和麻省理工學院領導的研究人員正在努力的方向。
在《智能材料與結構》雜志(Smart Materials and Structures)的一篇論文中,研究小組解釋了它是如何從根本上重新設計飛機機翼的。他們的新結構是一個輕質的格子框架,由數千個重復的、微小三角形的火柴狀支柱制成,覆蓋在薄的聚合物層中,機翼變得更輕、更節能。
因為這種“超材料”是中空的,不到橡膠密度的千分之一,所以它非常輕巧——不到橡膠密度的千分之一。并且,精心定位的支柱允許機翼根據空氣動力學負載條件的變化自動改變形狀。這兩個因素都可以使飛機更加節能。
機翼可以隨時調節,這個新設計意味著機翼可以轉換為每個步驟的最佳狀態,使飛行效率更高。由于機翼可以根據每個飛行階段(起飛、著陸、轉向等)的特點進行調整,因此可以比傳統機翼表現得更好,傳統機翼的設計并不是為了在飛行的任何階段實現性能的最大化。
這不是一個全新的概念。它是在幾年前提出的,但現在,研究人員已經開發出一種使用注塑成型制造機翼各個零件的方法。他們得出了生產每個部件(一個沿著每個邊緣都有微小支柱的空心立方體)所需的時間——從幾分鐘到幾秒鐘不等。雖然他們創建的幾米長的模型是手工組裝的,但該過程設計為重復的,因此在未來,小型自主機器人將能夠組裝機翼。
輕型變形機翼的潛力引發了對理想飛機形狀的質疑。通過這項技術,我們可以擺脫“帶翅膀的管”設計,并利用更有效的配置——可能是一體化的車身和機翼結構。如果你在30,000英尺的高度巡航時觀看飛機機翼改變形狀的想法會讓你感到驚恐,不用擔心——這距離商業航空公司還有很長的路要走。與此同時,它還有可能重新設計其他結構,如風力渦輪機的翼狀葉片。
美國宇航局研究工程師尼古拉斯·克雷默(Nicholas Cramer)表示:“我們能夠通過在不同攻角下將形狀與載荷相匹配來提高效率。”
麻省理工研究生本杰明·杰奈特(Benjamin Jenett)稱,在美國宇航局位于弗吉尼亞州的蘭利研究中心進行的風洞測試現實,機翼的性能比預期的更好。
 
關鍵詞: 節能
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