新的“变形”翼可以实现更高效的飞机飞行

一种新开发的翼架可以通过改善机翼的空气动力学来极大地简化制造过程，降低燃料消耗。它基于一个微小的轻质亚基系统，可以由小型专业机器人团队组装，最终最终可以用于构建整个机身。

麻省理工学院和美国宇航局的工程师已经开发出一种新的可弯曲，“变形”翼，可以实现更有效的刨型制造和飞行。

当赖特兄弟以多个世纪以前完成了他们的第一个动力飞行时，他们使用弯曲和扭曲木材和帆布翅膀的电线和滑轮来控制他们的传单1飞机的运动。这个系统与自从此进行大多数飞机上的单独的，铰接的襟翼和Ailerons完全不同。但是，现在，由于工程师和美国宇航局的工程师开发的一些高科技巫术，一些飞机可能会恢复到他们的根源，具有新的可弯曲“变形”翼。

新的机翼架构，可以通过改善机翼的空气动力学以及改善其敏捷性，基于一个小型专业机器人团队组装的微小，轻质亚基系统，从而大大简化了制造过程，降低了燃料消耗。最终可用于构建整个机身。机翼将被一个由重叠块制成的“皮肤”覆盖，这些碎片可能类似于刻度或羽毛。

新概念在杂技机械学杂技所中介绍，尼尔格森菲尔德，MIT的位和原子（CBA）中心主任Neil Gershenfeld; CBA研究生Benjamin Jenett; Kenneth Cheung Phd'12，CBA校友和美国宇航局研究科学家;还有四个。

由麻省理工学院和美国宇航局研究人员设计的可变形翼的测试版本被认为正在进行其扭曲动作，这可能取代对控制平面运动的单独铰接面板的需求。（Kenneth Cheung / Nasa）

Gershenfeld说，研究人员多年来一直努力实现变形翅膀的可靠方式，使翅膀的替代品变形，单独的，移动的表面，但所有这些努力“已经没有实际影响，”Gershenfeld说。最大的问题是，大多数这些尝试依赖于在机翼内使用机械控制结构来使机翼变形，但这些结构往往是如此重，使得它们取消了由更平稳的空气动力学表面产生的任何效率优势。他们还增加了复杂性和可靠性问题。

相比之下，Gershenfeld说：“我们使整个翼的机制。这不是我们投入翼的东西。“在球队的新方法中，通过激活两个小电机，可以改变机翼的整个形状，并沿其长度均匀地扭曲。

这种方法的制造方法，潜在的其他技术，是一个如此新的想法，“我认为我们可以说这是一种哲学革命，开启了颠覆性创新的大门，”新兴技术和新兴技术主导技术专家德文森特罗比尔斯说空中客车的概念，没有直接参与这项研究。他补充说，“这种方法打开的观点和领域正在令人兴奋。”

喜欢与块的建筑物

新概念背后的基本原则是使用一系列微小的轻质结构片，Gershenfeld称之为“数字材料”，可以组装成几乎无限种类的形状，如组装乐高块的结构。手工执行此初始实验的组件可以通过简单的微型机器人来完成，这些机器人在结构中爬行或内部爬行。该团队已经开发了这样的机器人的原型。

纵向件是坚固的且坚硬的，但是对于该件的尺寸和材料的精确选择，以及它们的组装方式的几何形状，允许精确调整最终形状的灵活性。对于初始测试结构，目标是允许机翼以精确的方式扭曲，这将替代单独的结构件的运动（例如传统翼的后缘处的小jilerons），同时提供单个平滑空气动力学表面。

Gershenfeld解释说，从一系列小而相同的构建块中建立一个小型相同的构建块的结构，具有优异的强度，重量轻，灵活性，大大简化了制造过程。虽然今天飞机的光复合翼的施工需要大型专业设备，用于层叠和硬化材料，但新的模块化结构可以以质量量快速制造，然后机器人组装到位。

兰利研究中心的12英尺低速隧道试验翼的侧视图。（Kenneth Cheung / Nasa）

Gershenfeld和他的团队一直在追求这种方法来构建复杂的结构，具有各种机器人设备的许多潜在应用。例如，该方法可能导致机器人臂和腿，其形状可以沿其整个长度连续地弯曲，而不是仅具有固定数量的关节。

张先生表示，这项研究“介绍了提高高度符合高度符合性能的一般策略 - 即”软“ - 机器人和机制，”通过用新的蜂窝材料取代传统的柔性材料“，重量低得多，更可调，并且可以使能量低于较低的速率“同时具有相同的刚度。

节省燃料，切割排放

在探索这种新生技术的可能应用，Gershenfeld及其团队与美国宇航局工程师和其他寻求提高飞机制造和飞行效率的方法咨询。他们了解到，“你可以不断变形翼形以做纯粹的升力和滚动的想法是该领域的圣杯，既效率和敏捷，”他说。鉴于航空公司业经济学的燃料成本的重要性以及该部门对温室气体排放的贡献，甚至省油效率的小改善可能会产生重大影响。

这种结构的风隧道试验表明，它至少与传统机翼的空气动力学特性相匹配，在大约十分之一重量。

机翼的“皮肤”也增强了结构的性能。它由重叠的柔性材料条带制成，层叠有些像羽毛或鱼鳞，允许片彼此相互移动，同时仍然提供光滑的外表面。

模块化结构还提供更简单的组装和拆卸：该系统的一个大优势，原则上Gershenfeld表示，当它不再需要时，整个结构可以分开进入其部件部件，然后可以将其重新组装成完全不同的东西。类似地，可以通过简单地替换受损亚基的区域来进行维修。

“检验机器人可以找到破碎的部分并更换它的地方，并始终保持飞机100％的健康，”jenett说。

珍妮特说，跟进成功的风洞试验，该团队现在将工作延伸到测试可传单的无流动飞机的测试，初步测试表现出了很大的承诺。“第一次测试是由经过认证的测试飞行员完成的，他发现它如此响应他决定做一些特技化工。”

该技术的一些主要用途可以是制造小型机器人飞机 - “超高效的远程无人机”，Gershenfeld表示，可用于发展中国家，作为将药物交给偏远地区的一种方式。

“超轻，可调，空气弹性结构和飞行控制开辟了全新的飞行前沿，”Moog Inc.首席技术官Gonzalo Rey说，这是一款精密飞机运动控制公司，虽然他没有直接参与这项工作，但他与团队合作。“数字材料和制造是一种从根本上制造事物的新方法，使其能够常规不可能。数字变形翼文展示了应用概念所需工程挑战的能力。“

Rey补充说，“这一概念的更广泛的潜力直接延伸到摩天大楼，桥梁和空间结构，不仅提供了改善的性能和生存能力，而且通过在使用时实现相同的实力和重复使用的更具能力，并且重复较低的原材料。 “

来自空中客车的Loubiere表明，许多其他技术也可以从这种方法中受益，包括风力涡轮机：他说：“只需在现场启用风车刀片的装配，而不是使用复杂和燃料的运输，这将提高成本和整体性能，”他说。

研究团队还包括MIT位于MIT的位和原子中心的研究生Sam Calisch;康奈尔大学的Daniel Cellucci;在加利福尼亚大学圣克鲁斯大学的尼克克莱默;在加利福尼亚州山景的Nasa的Ames Research Center的研究员Sean Swei。该工作得到了美国宇航局航空研究所的播种计划，美国宇航局ARMAD融合航空解决方案计划，以及美国宇航局空间技术研究奖学金计划。

出版物：jenett benjamin，等，“数字变形翼：主动翼塑造概念使用基于复合格子的蜂窝结构，“软机器人。2016年10月; DOI：10.1089 / soro.2016.0032