“折翼”的飞机

李会超

节省空间的折叠翼飞机

相对于宽阔的机场，舰船上的空间相对局促，为了在船舱中放置尽可能多的飞机，人们想到把飞机的机翼折叠起来。相比于一般的固定翼飞机，折叠翼飞机在机翼中间安装了铰链装置。在我们的日常生活中，铰链相当常见，当我们打开房门时，既能让门板转动又能让门板与门框保持连接的那个金属部件就是铰链。机翼上安装了铰链后，飞机在进入机库前就可以把最外侧的机翼向上翻折，起飞前再将机翼打开至正常状态。相比于日常生活中简单的铰链，可折叠机翼使用的铰链结构非常复杂，不但要在机翼转动时支撑机翼的重量，还必须承受飞行过程中的空气动力负载。

最早的折叠机翼技术由英国的肖特兄弟公司于1913年研发并申请专利。在第二次世界大战期间，航空母舰发挥了决定性的作用，与此完美搭配的折叠翼飞机也开始越来越多地出现在战争中。“二战”结束时，几乎所有的舰载飞机都采用了折叠翼技术。直到现在，折叠翼依然是不少舰载飞机的首选。目前，我国航空母舰使用的主力战斗机歼-15“飞鲨”和美国现役的舰载预警机E-2等都是折叠翼飞机。

除了折叠翼，舰载机还有其他节省空间的方式。比如，美国航母舰载机曾经的主力机型F-14就使用了“可变后掠翼”的方式，在高速飞行时，F-14能够通过调整机翼和机身之间的夹角，提高飞行效率;在进入机库时，还能节省空间。

随着无人机技术的发展，有不少无人机也采用了折叠翼技术。这样可折叠的无人机能够更加灵活地执行一般飞机难以完成的任务。美国洛克希德·马丁公司研制的一种潜射无人机在折叠机翼后可以装进潜艇的导弹发射筒中，需要使用的时候再通过机械导轨从发射筒弹射出来，在水中展开机翼，并在火箭的助推下离开水面，升至一定高度后就可以利用自身的喷气式发动机飞行了。

翼尖折叠的波音777

麻省理工学院和美国国家航空航天局（NASA）合作研制了一种可以由大炮发射的侦察无人机，在由大炮射出的过程中，无人机的机翼保持折叠状态，这样大炮就可以赋予它较高的初始速度。当无人机像炮弹一样飞临目标上空时，再展开机翼自主飞行，执行侦察监视、炮射点校准等任务。

此外，波音公司的民航客机波音777X也采用了折叠翼的技术。相比于波音777家族的其他机型，波音777X采用了更长的机体以实现更大的载客量。这样一来，它的翼展就不得不做得更长，而过长的机翼使得波音777X无法进入原来能够为波音777 服务的机场停机位。为了解决这个问題，波音公司的工程师们在飞机机翼的末端设置了折叠翼结构。在飞机停入停机位前，机翼可自动折叠以节省空间，而在即将起飞时，折叠部分则会打开至正常状态。

飞行效率更高的折叠翼飞机

对于一般的固定翼飞机，为了在飞行的不同阶段实现飞机更好的操控性和更高的飞行效率，飞机工程师们在机翼上设置了各种可活动的翼面。例如，在大型喷气客机起飞和降落阶段，飞机会打开襟翼和缝翼来提高升力，而在平稳飞行阶段，则会收起这些翼面减小阻力。然而，采用这些方式，飞机最多能够提高百分之十几的飞行效率。而人类飞行灵感的来源——鸟儿则可以在飞翔的过程中不断改变翅膀的形状以获得最高的飞行效率。

近年来，NASA所属的一个研究机构利用“记忆合金”这种新型材料，创造了一种新型折叠翼飞机。在不同温度的作用下，记忆合金的形状会发生变化，通过对温度的控制，人们就能实现对机翼外形的控制。这样，机翼无须安装笨重的液压和铰链等机械装置就能变形，而且变化的形状和角度更加灵活。在NASA的测试中，这种新型材料一直表现稳定，并展现出优于传统材料的性能。

NASA折叠翼飞机标志

通过新技术的应用，试验飞机的机翼可以在完全放平和折叠70度之间调整，并可根据飞行状态调整至最佳角度。这项技术一旦成熟，应用到亚音速客机上就有望让飞机通过主翼形状的调整，减少对尾翼的依赖，这样就能让飞机少装配一些机械装置，减轻飞机的重量。此外，飞行员还可以根据飞行中的风速、风向等，调节翅膀的形状以获得更高的飞行效率。

虽然超音速飞行在军事领域已经司空见惯，但在民航领域，如何让客机能够既安全又经济地进行超音速飞行，仍然是一个难题。目前，各家飞机制造商都在进行下一代民航客机的预先研究，而超音速则是下一代客机有望实现的目标之一。飞机实现超音速飞行，必须首先进入亚音速飞行状态，再继续加速实现超音速飞行。在跨越音速的过程中，飞机与空气之间相互作用的特性将会发生很大的变化。应用这种可折叠记忆合金机翼，未来的超音速飞机就可以通过变化机翼的形状，在亚音速、跨音速和超音速飞行阶段都能以最小阻力、最高效率飞行了！