“折翼”的飛機

李會超

節省空間的折疊翼飛機

相對于寬闊的機場，艦船上的空間相對局促，為了在船艙中放置盡可能多的飛機，人們想到把飛機的機翼折疊起來。相比于一般的固定翼飛機，折疊翼飛機在機翼中間安裝了鉸鏈裝置。在我們的日常生活中，鉸鏈相當常見，當我們打開房門時，既能讓門板轉動又能讓門板與門框保持連接的那個金屬部件就是鉸鏈。機翼上安裝了鉸鏈后，飛機在進入機庫前就可以把最外側的機翼向上翻折，起飛前再將機翼打開至正常狀態。相比于日常生活中簡單的鉸鏈，可折疊機翼使用的鉸鏈結構非常復雜，不但要在機翼轉動時支撐機翼的重量，還必須承受飛行過程中的空氣動力負載。

最早的折疊機翼技術由英國的肖特兄弟公司于1913年研發并申請專利。在第二次世界大戰期間，航空母艦發揮了決定性的作用，與此完美搭配的折疊翼飛機也開始越來越多地出現在戰爭中。“二戰”結束時，幾乎所有的艦載飛機都采用了折疊翼技術。直到現在，折疊翼依然是不少艦載飛機的首選。目前，我國航空母艦使用的主力戰斗機殲-15“飛鯊”和美國現役的艦載預警機E-2等都是折疊翼飛機。

除了折疊翼，艦載機還有其他節省空間的方式。比如，美國航母艦載機曾經的主力機型F-14就使用了“可變后掠翼”的方式，在高速飛行時，F-14能夠通過調整機翼和機身之間的夾角，提高飛行效率;在進入機庫時，還能節省空間。

隨著無人機技術的發展，有不少無人機也采用了折疊翼技術。這樣可折疊的無人機能夠更加靈活地執行一般飛機難以完成的任務。美國洛克希德·馬丁公司研制的一種潛射無人機在折疊機翼后可以裝進潛艇的導彈發射筒中，需要使用的時候再通過機械導軌從發射筒彈射出來，在水中展開機翼，并在火箭的助推下離開水面，升至一定高度后就可以利用自身的噴氣式發動機飛行了。

翼尖折疊的波音777

麻省理工學院和美國國家航空航天局（NASA）合作研制了一種可以由大炮發射的偵察無人機，在由大炮射出的過程中，無人機的機翼保持折疊狀態，這樣大炮就可以賦予它較高的初始速度。當無人機像炮彈一樣飛臨目標上空時，再展開機翼自主飛行，執行偵察監視、炮射點校準等任務。

此外，波音公司的民航客機波音777X也采用了折疊翼的技術。相比于波音777家族的其他機型，波音777X采用了更長的機體以實現更大的載客量。這樣一來，它的翼展就不得不做得更長，而過長的機翼使得波音777X無法進入原來能夠為波音777 服務的機場停機位。為了解決這個問題，波音公司的工程師們在飛機機翼的末端設置了折疊翼結構。在飛機停入停機位前，機翼可自動折疊以節省空間，而在即將起飛時，折疊部分則會打開至正常狀態。

飛行效率更高的折疊翼飛機

對于一般的固定翼飛機，為了在飛行的不同階段實現飛機更好的操控性和更高的飛行效率，飛機工程師們在機翼上設置了各種可活動的翼面。例如，在大型噴氣客機起飛和降落階段，飛機會打開襟翼和縫翼來提高升力，而在平穩飛行階段，則會收起這些翼面減小阻力。然而，采用這些方式，飛機最多能夠提高百分之十幾的飛行效率。而人類飛行靈感的來源——鳥兒則可以在飛翔的過程中不斷改變翅膀的形狀以獲得最高的飛行效率。

近年來，NASA所屬的一個研究機構利用“記憶合金”這種新型材料，創造了一種新型折疊翼飛機。在不同溫度的作用下，記憶合金的形狀會發生變化，通過對溫度的控制，人們就能實現對機翼外形的控制。這樣，機翼無須安裝笨重的液壓和鉸鏈等機械裝置就能變形，而且變化的形狀和角度更加靈活。在NASA的測試中，這種新型材料一直表現穩定，并展現出優于傳統材料的性能。

NASA折疊翼飛機標志

通過新技術的應用，試驗飛機的機翼可以在完全放平和折疊70度之間調整，并可根據飛行狀態調整至最佳角度。這項技術一旦成熟，應用到亞音速客機上就有望讓飛機通過主翼形狀的調整，減少對尾翼的依賴，這樣就能讓飛機少裝配一些機械裝置，減輕飛機的重量。此外，飛行員還可以根據飛行中的風速、風向等，調節翅膀的形狀以獲得更高的飛行效率。

雖然超音速飛行在軍事領域已經司空見慣，但在民航領域，如何讓客機能夠既安全又經濟地進行超音速飛行，仍然是一個難題。目前，各家飛機制造商都在進行下一代民航客機的預先研究，而超音速則是下一代客機有望實現的目標之一。飛機實現超音速飛行，必須首先進入亞音速飛行狀態，再繼續加速實現超音速飛行。在跨越音速的過程中，飛機與空氣之間相互作用的特性將會發生很大的變化。應用這種可折疊記憶合金機翼，未來的超音速飛機就可以通過變化機翼的形狀，在亞音速、跨音速和超音速飛行階段都能以最小阻力、最高效率飛行了！