美國航空周刊近日報道，1支歐洲的研究團隊已經取得了變形機翼技術研究的重要進展，將人類長期以來夢寐以求的像鳥類一樣高效飛行的夢想帶到離現實更進一步。研究團隊成功進行了縮比機翼翼段變形的風洞試驗，試驗結果使空客公司看到了該技術的發展前景，空客決定繼續推進該技術研究，計劃2020年進行全尺寸變形機翼飛行驗證。

2017年，歐盟委員會在地平線2020計劃下資助了一項為期3年（20170501-20200430）、總投資近4億歐元的“智能變形與傳感技術（SMS）”項目。該項目由法國國家理工學院、法國宇航院、圖盧茲流體力學研究所（IMFT)、法國電子電氣計算機水利電信學校拉普拉斯實驗室（法國最大的等離子&電氣工程研究所）、意大利米蘭理工大學、希臘雅典國家技術大學、德國CFD軟件開發有限公司等10多家大學、研究機構和企業聯合承擔。在歐盟委員會的支持下，研究團隊建造了一個幾乎全尺寸的“電活性（electroactive）”機翼翼段，即將用于在低速風洞中進行評估。該“電活性”機翼結合了形狀記憶合金和壓電作動器，能夠光滑地改變彎度和抑制湍流，未來將在A340飛行試驗平臺上評估全尺寸的變形翼段。

據團隊成員介紹，他們的變形機翼結合了形狀記憶合金適用于低頻、大變形的特點以及壓電作動器適合高頻、小變形的優點。

在亞聲速風洞中的A320縮比變形機翼翼段，圖中疊加了CFD計算的流場圖像。（圖片來源：IMFT/Laplace）

在起降階段，利用形狀機翼合金可以實現類似于鳥類的高升力襟翼連續變彎度，相比現在的分段式襟翼設計效率更高。在巡航階段，利用壓電作動器可以實現機翼后緣的小幅振蕩。壓電作動器和相應的傳感器、處理器形成一個閉環系統，可使后緣產生最優的周期性位移——1.016毫米（0.04英寸），能夠控制湍流，從而降低阻力和噪聲。這種控制裝置模擬了猛禽飛行中煽動翅膀后緣羽毛以降低阻力和噪聲的動作。

研究團隊已經完成了小尺寸的機翼翼段（后緣襟翼弦長30厘米）的地面試驗，更大尺寸的試驗機翼正在裝配中（后緣襟翼弦長1米）。這將更易于實現電驅動的形狀記憶合金，也可使燃油系統更好地集成。

電驅動的形狀記憶合金可實現光滑、連續地改變襟翼彎度（圖片來源：IMFT/Laplace）

該項技術目前處于技術成熟度3級（技術概念和應用設想通過可行性論證：驗證了技術概念的關鍵功能、特性，具有轉化為實際應用的可能性），意味著還需要更多的研究證明其實際應用的可行性。一個關鍵的問題是壓電作動器在全尺寸機翼上應用的適應性。SMS項目的目標是將該技術的成熟度提高至5級。研究人員計劃2020年5月在空客A340飛行試驗平臺BLADE（歐洲突破性層流飛機驗證機）上進行變形襟翼的飛行演示驗證。

對于商業應用來說，這項變形技術預計可改善3-4%的燃油消耗；但是軍方對該技術也表現出了興趣。SMS項目的核心成員喬納斯·舍勒博士在博士論文中對上述兩家研究機構在變形機翼技術方面的研究進行了詳細介紹，上個月他獲得了法國武器采購機構的獎勵。

【延伸閱讀】變形機翼技術研究歷程回顧

過去幾十年間已經開展了若干變形機翼演示驗證項目。1985-1988年，美國空軍和NASA聯合開展了F-111任務自適應機翼（MAW）演示驗證。MAW將可變掠角和無縫變彎度技術進行結合以維持不同速度下的氣動效率。1994-2001年，美國DARPA開展的智能機翼（Smart Wing）項目對一個無尾飛翼布局無人作戰飛機的柔性后緣控制面進行了風洞測試。2003-2007年，DARPA的變形飛機結構（MAS）項目對可改變飛機機翼掠角、弦長和面積的無人機方案進行了驗證試飛。

上述項目向人們展示了在飛行中進行大的性能變化是可行的。然而，這些項目并沒有做出引人注目的變形案例，沒有吸引客戶進一步投資、推動該技術走向系統開發階段，而擺在人們面前更多的卻是關于優化、集成、取證、可靠性、維護性等其他的需要解決的負面問題。

如今，變形飛機技術再次回到人們的視野可能有以下三點原因。一是它能夠給予無人機設計師更大的設計自由度以消除取證要求的限制；第二是商用飛機增加效率、減少排放的驅動；第三則是柔性結構技術的進步推動了簡便、穩健的變形裝置的發展。

對于商用飛機設計師來說，下一步提高飛機氣動效率意味著將采用更加細長、低阻的機翼，而機翼柔性的增加需要采用主動控制技術抑制顫振和減緩載荷，這就需要采用飛行中可變彎度的機翼后緣。此外，層流機翼也可進一步提高商用飛機的氣動效率，而這需要采用無縫機翼前緣以保持層流狀態。這些都對機翼變形提出了明確的需求。
　
中國航空網 www.k6050.com
航空翻譯 www.aviation.cn
本文鏈接地址：【變形機翼】歐洲研究團隊取得變形機翼技術重要進展