形状记忆合金，给飞机一双柔软的翅膀 NASA最近研发了一种轻型可转换金属

NASA最近研发了一种轻型可转换金属，这种金属可用于支撑飞机机翼，这一技术可以让飞机能够转换机翼的形状以便进行起飞、降落、巡航等操作，能够减少阻力，让飞机更为节能。

美国国家航空航天局（NASA）对装备了形状记忆合金机翼的

无人驾驶飞机进行了一次测试飞行。

在上周，NASA的顺翼展方向自适应机翼项目对装备了这种特殊金属的无人机进行了一次成功的测试飞行，这种金属被命名为形状记忆合金。在加热时，这种金属片段能够改变形状，在冷却时，金属片段又会恢复原来的形状。“这一技术就好比通过折叠弯曲来进行结合处变形，而且不会发生折断的危险，”NASA格伦研究中心材料科学家奥斯曼·贝纳方解释说：“就像折纸一样，折了之后还能够恢复原状。”通过对飞机机翼进行更为有效的形状控制，无人机导航员能够调整机翼的形状，让飞机的形状更为节能，让机翼受到的阻力更小，进一步减少飞机消耗燃料的数量。

原型技术评估研究无人飞机降落于爱德华兹空军基地的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心。NASA的顺翼展方向自适应机翼项目计划能进一步提高飞行器的性能，该项目将研发具有自适应折叠功能的机翼外端部分，以适应不同飞行环境的要求。NASA的工程师认为，该技术将能够保障无人机具有横向稳定性，还能够减少空气阻力。

这种形状可转换合金并非什么新型材料，实际上，人类在上世纪五十年代就在一次偶然的机会中发明了该种合金，在此之前，这种合金已经用于医疗及航空产业。贝纳方说，人们甚至可以在洗碗机、玩具等普通家用产品中发现这种特殊合金。形状记忆合金具有超弹性，利用形状记忆合金减振系统，洗碗机机身的谐振频率可降低到1Hz以下，使用这种洗碗机的厨房要安静不少。这种合金技术是航空航天事业反哺人类地球生活的一个例证。

对机翼进行折叠也并非什么新鲜的想法，但是，具体实现这一想法却存在不少的技术困难。在此之前就已经提出过不少版本的折叠机翼设计方案，但这些方案都依赖于传统的水力或电力驱动引擎来改变处于飞行状态的机翼形状。这些附加的设备都非常沉重而且还需要消耗能源，这就抵消了采用折叠机翼带来的节能效果，之前的设计方案因为体积大、重量重，还特别不适宜用于小型或不太厚实的机翼。但是，形状记忆合金重量较轻，不需要大型引擎来进行驱动，这是一种非常具有前景的材料，能够真正使得形状可转换飞机机翼做到更加节能。

以前没有对这种合金进行试验的原因是，能够在飞机机翼上发挥作用的合金还没有研发出来。之前的科研工作曾经研发过一些合金，但这些合金的变形温度较低。变形温度是指合金会发生形态变化所处的温度。较低变形温度的后果就是，飞机停在沥青停机坪上都会发生机翼变形，这种情况非常危险，会带来灾难。飞行员当然希望合金只有在收到变形指令的时候才发生形状变化。NASA研发工作的主要突破点在于，他们研发了一种优质的合金，这种合金的变形温度高达150摄氏度。“在沥青飞机场上是不会出现这种温度的，”贝纳方说：“只有在你下达操作指令的时候，合金才会达到150摄氏度的高温。”

NASA格伦研究中心的奥斯曼·贝纳方展示3D打印的形状记忆合金激活装置模型，激活装置模型将用于测试合金材料与全尺寸机翼之间的适应性，激活装置将用于F/A-18“大黄蜂”舰载单座双发超音速多用途战斗机。NASA认为，使用先进形状记忆合金激活装置对飞行过程中的飞机机翼进行折叠变形，将彻底改变将来的飞机设计。

为了研发新型合金组合方案，贝纳方及其研究小组首先研究了传统形状记忆合金的组合方案，传统方案使用的金属一般是镍及钛，后来，贝纳方逐步添加其他元素，并研究添加之后对提高变形温度发生了何种影响。有一次，他们试验成功了一个小样本，该样本只会随着温度的升高而发生形状变化，他们立即扩大了样本数量，制造出足够的材料，以便在工业规模上进行生产。之后，贝纳方及其研究小组将使用他们研发合金制造激活装置，并安装在一架无人飞机上。

F/A-18“大黄蜂”

舰载

单座双发超音速多用途战斗机

机翼上可以看见明显的折叠装置

同军用飞机或商用飞机相比，这家无人机显得相对较小。但是，无人机的测试工作取得了成功，在今后的研究工作中，研究小组还将克服很多其他的挑战和困难。目前，合金仅在受控环境中进行过测试，还需要对这种合金进行更多的测试，以确保该合金能够在几十年的时间长度内经受雷电、暴风雨、冰雹、鸟类撞击的严峻考验。研究小组还希望研发更好、更新的方法来执行加热及冷却操作，这两种操作负责激活合金以发生形状变化，他们希望合金材料能够更快、更连续地进行形状变化。然而最后一个要克服的困难是，他们要和工程师合作，以便研究如何将这种合金材料整合到将来的飞机设计方案当中。

非常可惜的是，贝纳方及其研究小组所研发合金使用的主要材料包括镍及钛，但添加其他金属元素，这些其他的金属元素，目前还没有公布具体细节。

形状记忆合金转矩管激活装置样品。NASA使用这种合金来对飞行状态下的飞机机翼进行折叠变形操作。形状记忆合金是一种工程镍钛合金，这种合金能够经过训练，在加热变形时恢复到期望的形状。

研究小组的下一步工作将是扩大测试工作的规模，制造可用于F18喷气式战斗机的激活装置。F18喷气式战斗机已经安装了可折叠机翼以便该种飞机在航空母舰上停泊，如果该战斗机能够安装使用形状记忆合金制造的可折叠机翼，就可以拆除笨重的传统机翼折叠机械装置，这将极大地减轻飞机重量，提高飞机性能。

形状记忆合金折叠装置同样可用于太空飞行。贝纳方说，NASA将于2018年3月发射的一颗人造卫星就安装了另一种形状记忆合金，这种合金也是由格伦研究中心研发制造的，其变形温度更高。这种合金的激活装置在受到阳光照射加热时将会激活形状记忆合金，使合金变换形状，在太空之中完成太阳能电池板阵列的展开及部署工作。

国际空间站及其他航天器均需要在太空中部署大量的太阳能电池板阵列

太阳能电池板阵列前面的支架是形状记忆合金，形状记忆合金能够记住在特定温度下自己的形状，这也是相变机理产生的效果。当使用环境温度发生变化达到特定温度时，它会按原来设定的形状自动伸展开来。国际空间站、探测器、人造卫星等航天器上所使用的太阳能电池板阵列就是用形状记忆合金制作的。当航天器升空后受到太阳辐照，温度升到特定数值时自动展开，进行工作。

来源：http://www.fastcodesign.com

译者：朱川

责编：钟天意

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