2020 年 9 月 19-21 日舉辦的中國航天大會上，DeepTech 了解到，我國科學家正在進行柔性航天器的研究。如果航天飛行器具備隨時變形或適應環境連續改變能力等特殊性能，那么就可以在復雜飛行環境中完成更多更具挑戰性的任務。柔性飛行器技術對提高飛行器的燃油經濟性以及安全性，甚至對提高軍用戰斗機的作戰性能，都有著巨大的潛力。

大家乘坐飛機的時候，會注意到飛機的機翼并不是完整的一塊，機翼的后面有一部分是可以活動的叫做襟翼。襟翼是安裝在機翼上的活動面，如下圖所示，襟翼可以通過改變角度，在起飛的時候提供更多的升力以及在降落時提供減速作用。襟翼活動部件會增加故障發生的概率，而柔性機翼可以通過替代襟翼來避免這種事故。

圖｜襟翼示意圖（來源：維基百科）

近幾年來，科學家在不斷地探索柔性飛行器，我們身邊鳥類和昆蟲的翅膀其實就是一種柔性飛行器。它們的翅膀在飛行的過程中有著很大結構上的變形，而這種變形，對于升力和推力的產生起著非常重要的作用。運用特殊材料和智能控制等技術，柔性飛行器具備變高度、變厚度、變長度、機翼扭轉等能力，以及智能飛行等其他性能。在空中隨時變形這一特點，也使得飛行器可以在更復雜的環境中完成更多的任務。

第一個飛上空中的柔性飛行器

2014 年，密歇根大學的教授、FlexSys 公司創始人 Kota 的團隊和美國空軍合作，成功的研發出了柔性機翼并且進行了試飛。這個機翼采用變形的一體式機構，取消了傳統飛機機翼上的襟翼。Kota 和他在 NASA 和美國空軍的合作者聲稱，這項測試是航空領域的首次柔性機翼試飛。

1990 年代早期開始，Kota 教授就產生了制作柔性機翼的想法。當時在密歇根大學工作的 Kota 教授給附近的賴特-帕特森空軍基地打了電話，他的想法引起了軍方的強烈興趣。之后在美國空軍研究實驗室的資助下，Kota 教授的團隊進行了 20 年的研究，并且終于在 2014 年成功試飛世界上第一個柔性機翼產品 FlexFoil。

FlexFoil 的第一次的試飛是 2014 年 11 月 6 號，在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地。工程師用 5 米長 FlexFoil 柔性可操縱機翼，替換了灣流 III 噴氣式飛機上的主要后緣機翼襟翼進行了試飛。這次試驗的飛機上只采用了柔性機翼，并沒有使用任何的備用襟翼。首次試飛進行的非常成功，過程中柔性機翼表現的非常良好和穩定。之后的 3 個月內，NASA 每周都對 Flexfoil 進行各種嚴苛工況的測試：在 6000米到 12000米的不同的高度、1.7G（連續負載）的各種傾斜動作、以及使 FlexFoil 控制面承受了 18000Pa 的高動態壓力。在所有的這些測試工況中，Flexfoil 都表現良好。

Kota 教授聲稱，研發柔性機翼和襟翼的目的是創造一種可以在整個飛行過程中都可以進行精確的微調的機翼。相比于傳統的機翼，柔性機翼更加可靠、安靜、并且更省油。Kota 教授估計，如果將柔性機翼技術充分的應用到新型的飛機中，該技術可以將油耗降低 12%。

想象空間豐富

這項技術在民用和軍事領域的應用上都有著豐富的想象空間。

2015 年，歐盟開始了一項名為 FLEXOP 的項目，來研究高性能的機翼。該項目由歐盟資助并且和空客公司技術合作。這個項目中，提出了兩種柔性機翼的概念，一種是由慕尼黑技術大學開發的顫振機翼，采用玻璃纖維增強復合材料和主動后緣襟翼控制技術，與標準機翼相比，可為飛機增加 20%的有效載荷或減少 7％的油耗；

另一種是由德宇航氣動彈性研究所和代爾夫特大學共同研發的氣動彈性機翼，采用碳纖維增強復合材料和新型復合材料剪裁技術，使機翼能在載荷作用下彎曲和扭轉變形至理想狀態，與標準機翼相比，可降低結構質量 20%。

在 2020 年，在項目的結題測試中，這些技術通過實驗結果展示了可以實現降低 7% 的油耗的可能性。

除了燃油經濟性之外，柔性機翼還有著很多其它潛在的優勢。

傳統的剛性機翼的飛機，飛行過程中受到氣流的擾動產生顛簸。而柔性機翼則能預防這種顛簸的產生，讓飛機在執行任務的時候自身結構更加穩定。這個對于民用客機可以提高乘客的舒適度。對于軍用戰斗機，可以提高武器發射的精確度。

另外一個優就是可靠性，由于取消了襟翼的設計，減少了大量的活動部件，從而大大減小了發生故障的幾率。

柔性和可變性飛行器已經成為 21 世紀航空領域的研究熱點。不過其發展仍在起步階段，距離實際應用仍面臨很多挑戰。比如如何的提高材料的剛度，防止結冰，高效的控制系統的設計等等，需要科學家和工程師們的持續努力。

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