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飛行中摺疊機翼 記憶合金協助改善飛行效率

如果有一天,當你搭飛機享受著窗外的景色時,卻看見機翼突然被摺起來,完全不必驚慌,這是飛機的摺疊翼技術。最早在上個世紀便已裝上XB-70轟炸機,但由於成本考量仍被淘汰。如今,科技已然跨過門檻,NASA亦持續進行著可變形翼的研究。

封面圖、NASA研發的可摺疊機翼

圖一、首個具備可摺疊翼的XB-70轟炸機

根據升力原理,當翼展增加,可增加飛機起飛的載重量,也可提升降落時的安全性;但在起降以外大部分的巡航時間,若能減少機翼面積,則可提升速度、減少油耗。者如大部分的民航機,有相當大的機翼面積,也已有許多軍用飛機能兼顧兩者,以可變後掠翼的方式呈現。代表機種如:來自美國的F-14戰鬥機、B-1轟炸機、歐洲的龍捲風戰鬥機、俄羅斯的Su-24戰鬥機、Tu-160轟炸機等。

圖二、可摺疊翼飛行測試

然而,為了取得兩者之間的平衡,上述可變形翼的機種皆得付出的致命代價,除了鉅額成本外,即是由一堆馬達和液壓系統所帶來的龐大重量。不願犧牲載客量的航空公司,也因此不願考慮可變形翼設計。

圖三、機尾搭載的攝影機拍下的飛行畫面

現今,NASA位於加州的阿姆斯壯飛行研究中心(AFRC)、維吉尼亞州蘭利研究中心(LRC)以及俄亥俄州格蘭研究中心(GRC)的工程師們,著手進行能讓翼展自行適應不同飛行情況的研究計畫SAW(Spanwise Adaptive Wing project)。該計畫旨在驗證一種輕量級、由溫度驅動的新型記憶合金,是否能摺疊機翼並且在飛行過程中調整至最佳角度。而近期在AFRC所進行的測試,已證明能夠在飛行途中,將機翼摺疊上或下70度。和過去的機翼摺疊裝置相比,記憶合金技術能減少80%的結構重量。

圖四、可摺疊機翼向下摺示意圖

圖五、可摺疊機翼向上摺示意圖



「我們想知道的是,這個新科技能否在飛行狀態下改變機翼,並在任何情況下控制它們在最佳位置。」SAW計畫副調查員 Othmane Benafan說。

在次音速飛行器中,例如商業客機,摺疊翼所帶來的好處包含增加可控性,減少對於飛機上較重裝置(如尾舵)的依賴。此外,摺疊翼能協助機長應付許多飛行狀況,如突如其來的陣風或亂流等。而更顯著的效果表現在超音速飛行器上,「當機翼下摺時,會有點像是『乘著』氣流。」SAW調查員Matt Moholt補充道:「這些都有益新一代超音速飛行發展,不只是減少阻力,更能夠提升飛行表現。而這是記憶合金所帶來新的可能。」NASA 下一步將對系統加以改良,使機翼可同時向上和向下彎摺,並同時移植到一架 F-18 戰機進行實機超音速測試,以證實這種合金技術的可行性。


圖六、未來可摺疊翼應用在一般飛機上想像圖

「藉由將SAW技術置於真實飛行環境下,一次次飛行裡,愈加證明這項技術的可行性,」Moholt總結,「我們將會用這些飛行數據來改善驅動系統,改善機翼的摺疊速度以及順暢度,我們已經準備好將這些應用在2018的飛行。」

 



Reference:

1. 〈NASA 用變形記憶合金製可摺疊機翼,應付不同飛行情況〉/ TechNews科技新報



https://technews.tw/2018/02/02/nasa-spanwise-adaptive-wing/?utm_source=fb_tn&utm_medium=facebook



2. 〈NASA tests light, foldable plane wings for supersonic flights〉/ engadget



https://www.engadget.com/2018/01/25/nasa-tests-foldable-plane-wings/



3. 〈NASA Tests New Alloy to Fold Wings in Flight〉/  NASA



https://www.nasa.gov/centers/armstrong/feature/nasa-tests-new-alloy-to-fold-wings-in-flight.html



4. 〈NASA to Test In-Flight Folding Spanwise Adaptive Wing to Enhance Aircraft Efficiency〉/  NASA



https://www.nasa.gov/feature/nasa-to-test-in-flight-folding-spanwise-adaptive-wing-to-enhance-aircraft-efficiency



5. 〈NASA Armstrong Fact Sheet: Prototype-Technology Evaluation and Research Aircraft (PTERA)〉/ NASA



https://www.nasa.gov/centers/armstrong/news/FactSheets/FS-108-AFRC.html



6. 〈NASA TESTS FOLDABLE PLANE WINGS〉/ aviationcv.com



https://www.aviationcv.com/aviation-blog/2018/nasa-tests-foldable-plane-wings



7. 〈NASA is testing folding wings to make flying more efficient〉/ FOX NEWS



http://www.foxnews.com/tech/2018/01/25/nasa-is-testing-folding-wings-to-make-flying-more-efficient.html



封面圖、NASA研發的可摺疊機翼https://www.nasa.gov/centers/armstrong/feature/nasa-tests-new-alloy-to-fold-wings-in-flight.html



圖一、具備可摺疊翼的XB-70轟炸機



https://xissufotoday.space/2017/10/metal-with-memory-shaping-the-future-of-aviation/

圖二、可摺疊翼飛行測試



https://www.nasa.gov/centers/armstrong/feature/nasa-tests-new-alloy-to-fold-wings-in-flight.html



圖三、機尾搭載的攝影機拍下的飛行畫面



https://www.nasa.gov/centers/armstrong/feature/nasa-tests-new-alloy-to-fold-wings-in-flight.html



圖四、可摺疊機翼向下摺示意圖



http://new.areai.aero/ptera-spanwise-adaptive-wing-project-unveiled/



圖五、可摺疊機翼向上摺示意圖



http://new.areai.aero/ptera-spanwise-adaptive-wing-project-unveiled/



圖六、未來可摺疊翼應用在一般飛機上想像圖



http://www.machinedesign.com/blog/five-aircraft-ideas-nasa-exploring

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