NASA与MIT工程师开发变形聚合物机翼，打造更轻、更高效的飞机
来自NASA艾姆斯研究中心（美国加利福尼亚州山景城）和麻省理工学院（MIT，美国马萨诸塞州剑桥）的工程师团队，已制造并测试了一种由数百个微小、相同的聚合物部件组装而成的飞机机翼。据报道，这种机翼能够改变形状以控制飞机的飞行姿态。
该机翼设计已在NASA风洞中完成测试，相关成果发表在《智能材料与结构》期刊上，合著者包括NASA艾姆斯中心研究工程师Nicholas Cramer、NASA艾姆斯工程师兼MIT校友Kenneth Cheung、MIT研究生Benjamin Jenett及其他八位研究人员。
与传统机翼需要单独的可动面（如副翼）来控制滚转和俯仰不同，新的组装系统通过在结构中融入刚性与柔性组件的混合体，使整个机翼或其部分区域能够发生形变。这些微小的子组件通过螺栓连接形成开放式轻量化晶格框架，随后覆盖一层与框架材质相似的薄聚合物材料。
研究人员表示，由此产生的机翼比传统设计（无论金属还是复合材料）更轻，因此能效更高。由于该结构由数千个类似火柴棍的支撑杆组成的微小三角形单元构成，且大部分为空隙，它形成了一种力学“超材料”，兼具橡胶状聚合物的结构刚度和气凝胶般的极低密度与轻量化特性。
Jenett解释称，飞行的每个阶段都存在一组最优机翼参数，以更好地适配各阶段的最佳构型。该系统设计为能自动响应气动载荷条件的变化，通过特定方式改变形状来实现适应。
几年前，Cheung及团队成员曾制造了一米长的演示机翼。新版本长度约为其五倍，尺寸接近真实单座飞机机翼，并设计为便于自主组装机器人实施组装。机器人组装系统的设计与测试将在即将发表的论文中详述。
此前，单个部件采用水切割制造，每件耗时数分钟。新系统采用聚乙烯树脂注塑成型，利用复杂3D模具，每个部件（本质上是由火柴棍大小的支撑杆沿边缘组成的空心立方体）仅需17秒即可生产，大幅提升了可规模化生产水平。
“现在我们有了制造方法，”他说，“虽然模具需要前期投资，但一旦完成，‘零件成本很低’，我们有成箱成箱完全相同的零件。”
由此形成的晶格密度为5.6千克/立方米。相比之下，橡胶密度约为1500千克/立方米。“刚度相当，但我们的密度不足其千分之一，”Jenett指出。
由于整体构型由微小亚单元构建，机翼结构设计可突破传统形态。研究表明，机身翼身融合结构在许多应用中效率更高，而该系统可轻松构建、测试、修改并复测此类结构。
同一系统还可用于制造其他结构，如风力涡轮机的翼型叶片——现场组装能力可解决超长叶片运输难题。类似组件正在开发用于太空结构，未来或可用于桥梁及其他高性能结构。
研究团队还包括康奈尔大学、加州大学伯克利分校、加州大学圣克鲁兹分校、NASA兰利研究中心、立陶宛考纳斯理工大学及合格技术服务公司（美国加利福尼亚州莫菲特菲尔德）。项目由NASA ARMD融合航空解决方案计划（MADCAT项目）和MIT比特与原子中心资助。
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