MIT 和 NASA 工程师设计轻型聚合物飞机机翼

美国宇航局艾姆斯研究中心（美国加利福尼亚州山景城）和马萨诸塞理工学院（美国马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院）的一个工程师团队已经建造并测试了一个飞机机翼，该机翼由数百个相同的微小晶格组成。聚合物片。据报道，机翼可以改变形状来控制飞机的飞行。

机翼设计在 NASA 风洞中进行了测试，并在 Smart Materials and Structures 杂志上的一篇论文中进行了描述 ，由加利福尼亚州 NASA Ames 的研究工程师 Nicholas Cramer 合着； NASA Ames 工程师和麻省理工学院校友 Kenneth Cheung；麻省理工学院研究生 Benjamin Jenett 和其他八人。

新的装配系统不需要像传统机翼那样需要单独的可移动表面（例如副翼来控制飞机的滚转和俯仰），而是通过结合刚性和柔性的混合，使整个机翼或部分机翼变形成为可能。其结构中的组件。这些微小的子组件用螺栓连接在一起形成一个开放的、轻质的格子框架，然后用一层与框架相似的聚合物材料薄层覆盖。

研究人员说，结果是比传统设计的机翼更轻，因此更节能，无论是由金属还是复合材料制成。由于该结构由数千个类似火柴棍的小三角形组成，主要由空的空间组成，因此它形成了一种机械“超材料”，结合了橡胶状聚合物的结构刚度和气凝胶的极轻和低密度.

Jenett 解释说，每个飞行阶段都有一组不同的最佳机翼参数，以更好地近似每个阶段的最佳配置。该系统旨在通过以特定方式改变其形状来自动响应其气动载荷条件的变化。

几年前，Cheung 和其他团队成员创建了一个一米长的示范机翼。新版本的长度大约是单座飞机的 5 倍，其大小与真正的单座飞机的机翼相当，并且可以由自主组装机器人轻松完成。 Jenett 说，机器人装配系统的设计和测试是即将发表的论文的主题。

Jenett 说，前一个机翼的各个零件是使用水刀系统切割的，制作每个零件需要几分钟时间。他说，新系统在复杂的 3D 模具中使用聚乙烯树脂进行注塑成型，并在短短 17 秒内生产出每个零件——基本上是一个由沿着每个边缘的火柴棍大小的支柱组成的空心立方体，这使它更接近于可扩展生产水平。

“现在我们有了一种制造方法，”他说。他说，虽然对工具进行了前期投资，但一旦完成，“零件就会很便宜”。 “我们有一盒又一盒的，都是一样的。”

他说，由此产​​生的晶格密度为每立方米 5.6 公斤。相比之下，橡胶的密度约为每立方米 1,500 公斤。 “它们具有相同的刚度，但我们的密度不到我们的大约千分之一，”Jenett 说。

Jenett 说，由于机翼或其他结构的整体配置是由微小的子单元构成的，因此机翼结构的整体设计可以改变其传统形状。他说，研究表明，集成的机身和机翼结构在许多应用中的效率要高得多，而且有了这个系统，这些系统可以轻松构建、测试、修改和重新测试。

Jenett 说，同样的系统也可以用于制造其他结构，包括风力涡轮机的翼状叶片，现场组装的能力可以避免运输更长叶片的问题。类似的组件正在开发用于建造空间结构，最终可用于桥梁和其他高性能结构。

该团队包括康奈尔大学、加州大学伯克利分校、加州大学圣克鲁兹分校、美国宇航局兰利研究中心、立陶宛考纳斯理工大学和美国加州莫菲特菲尔德的 Qualified Technical Services Inc. 的研究人员这项工作得到了美国宇航局 ARMD 融合航空解决方案计划（MADCAT 项目）和麻省理工学院比特和原子中心的支持。