当前的飞机机翼材料大多选用铝合金、碳纤维等等轻质金属材料。这种刚性结构的飞机机翼，只有襟翼、缝翼等少量部位可以在有限范围内移动，对于不同飞行状态的适应性较弱。为突破刚性机翼的性能限制，自20世纪80年代开始，航空业就开始了对于柔性机翼的探索，从“结构简易变化”到“形状简易调整”，发展到再到目前的“形状主动调整”，柔性机翼的设计、开发、实验从未停止。尽管柔性机翼距离大规模应用还有很长的路要走，革命性的机翼创新技术也尚未出现，但世界各国在这一领域的开发，仍给航空业带来许多令人欣喜的变化。

　　1.空客公司的“羽毛式柔性机翼”

　　2019年7月，在英国举行的皇家国际航空塔托航空展上(Royal International Air Tatto AirShow)，空客公司公布了一款概念性客机设计方案。这款名为“猛禽”的混合动力涡轮螺旋桨飞机，大量采用了仿生学技术，外表酷炫、霸气十足：机身是青铜色的，像一条鱼。机翼与机身连接的部位，被设计得光滑而平整，这是对鹰的翅膀结构的的巧妙模仿，也使飞机完美地利用空气动力学原理实现高效飞行。它的“鱼鳍”——飞机机翼的尖端部分有多个羽毛状的翼片。“鱼尾”——飞机尾翼的设计也与鸟的尾巴有几分神似。飞机上惯有的垂直尾翼也被省略掉了，这有助于减少飞行的阻力。

　　▲ 空客公司的“猛禽”飞机模型

　　“猛禽”飞机机翼和尾翼上的每一根“羽毛”，都可以进行精细的单独控制，变换角度、改变形状。不同的“羽毛”，又可以互相配合、协同运行，在飞机平飞、转向、减速时，这些“羽毛”随之摆动，帮助飞机的完成各种飞行动作。

　　“猛禽”飞机在机翼位伴置安装了4台螺旋桨发动机，为飞机提供了充足的前进动力。这架飞机可容纳多达80名乘客，航程为1500公里。受益于独特的仿生学设计，这款飞机的燃油效率提升了30-50%，被誉为世界航空史上的重大飞跃。

　　空客高级经理马丁阿斯顿(Martin Aston)表示，“猛禽”飞机的设计，使航空设计人员坚定了一种想法：充分挖掘仿生学的潜力并将它广泛地应用于把航空产品设计之中，把飞行变成一个让人激情澎湃的事业。

　　“羽毛式柔性机翼”设计得到了英国皇家航空学会、英国工程学会等众多单位的支持。

　　2.DLR TUM TU Delft的“颤振翼”

　　一般而言，燃油费占到飞行总成本的1/4以上，降低油耗是降低飞行成本的重要途径。在飞机上安装更轻、更薄、阻力更小的机翼有助于降低航空油耗。

　　德国航空航天中心(DLR)、慕尼黑工业大学(TUM)和代尔夫特理工大学(TU Delft)等单位共同研制了一种颤振翼，这种机翼使用的主要材料是弹性优化碳纤维。研究人员对碳纤维材料按特殊的方式进行排列，以实现最优化的弯曲和变形方式。DLR气动弹性研究所的沃尔夫-赖纳-克鲁格（Wolf-Reiner Krüger）说：“这种机翼如果遇到风阻，会发生扭曲、变形，从而避免风压、降低油耗。”

　　为了验证颤振翼的实际性能，研究人员开发了一个演示机。该飞机长3.5米，拥有长达7米的大翼展，安装了完善的传感器系统，以使演示机能够按设计路线飞行（飞行实验必须在大约一公里的狭窄半径内进行）。实验前，DLR专家制定了飞行手册和检查清单。2019年11月，演示机进行了第一次飞机实验，实验结果与研究人员的预判基本一致。项目团队成员库博拉（Kberle）说：“我们会按计划进行下一步工作—对这些实验数据进行评估、改进。”

　　颤振翼项目是欧洲FLEXOP项目 (致力于经济性提升的颤振式自由飞行项目包，全称是Flutter Free Flight Envelope Expansion for Economical Performance Improvement) 的一部分。FLEXOP项目旨在提升欧洲多学科飞机设计能力，提高航空市场竞争力，特别关注飞机综合开发和运营成本等内容。

　　FLEXOP项目的合作伙伴来自欧洲各国实力强大的航空航天产业机构：空客集团、德国航空航天中心、慕尼黑技术大学、匈牙利科学院、飞机零部件制造商FACC、综合航空航天科学公司(INASCO)、Delft技术大学、布里斯托尔大学等。

　　3.NASA和MIT的“点阵晶格变形机翼”

　　2019年3月的《智能材料与结构》杂志刊发了一篇文章，专门介绍了一种新式“点阵晶格变形机翼”的开发和实验情况。文章作者一共11人，三位主要作者分别是来自美国宇航局艾姆斯研究所的工程师尼古拉斯·克莱默、肯尼斯·张和来自麻省理工学院比特与原子研究中心的本杰明·杰内特。

　　点阵晶格变形机翼呈网格状，由多达几百个的形状相同的点阵晶格联接而成，形成一个开放的、轻量化的点阵晶格框架结构。机翼表层覆盖的超薄聚合物材料，承担着机翼骨架的作用。机翼的组成主体——小晶格是一种空心立方体，立方体的各条边棱是由聚乙烯树脂材料制作的火柴大小的小细条。这种微小晶格的密度极低，每立方米重量仅为5.6公斤，与橡胶1500公斤/立方米，的密度相比，减重效果极为明显。刚柔并济的材料特性和零件结构的合理空隙，使这种机翼“柔韧如橡胶、轻盈如气凝胶”。

　　▲点阵晶格变形机翼设计模型

　　这种机翼的变形能力极强，设计人员称“它几乎可以变成所需要的任何形状”。在飞机起飞、平飞、转向、着陆的各个阶段，机翼能够根据飞行要求及时、便捷地调整形态，实现现高的飞行效率。尼古拉斯克莱默说：“在不同的飞行状态下，我们会调整机翼的形态，使之与飞机载荷实现最佳匹配”。

　　研究人员称，这种机翼在NASA位于弗吉尼亚州的兰利研究中心进行了风洞实验，结果比预想令人满意。风洞实验所使用的机翼约有16英尺高（约4.88米），单座飞机的机翼大小相似。是由麻省理工学院的研究生手工组装的。

　　▲由麻省理工学院学生制作的机翼

　　研究人员正在着手将机翼制造实现机械化生产。他们设计了聚乙烯树脂注射成型的三维模具，在17秒内就可以生产出点阵晶格，生产效率非常高。目前，机翼生产线已经完成测试。

　　这种机翼设计简洁，生产效率高，可以降低飞行成本。更具有意义的是，这种点阵晶格工艺，还可以用来制造其他大型结构部件，如风力涡轮机叶片，甚至可以用来建造桥梁。

　　除NASA和MIT外，这个项目的小组成员还来自以下世界知名学府：康奈尔大学、加州大学任克利分校、加州大学圣克鲁斯分校、立陶宛考纳斯技术大学等。

　　4.TUM和DLR的“柔性机翼蒙皮”

　　飞机在飞机行程中往往伴随巨大的噪音，这种噪音会带来一定的乘座不适感。这些噪音一部分产生于飞机机翼。当飞机上的高升力装置和控制表面与机翼相遇时，这些翼型和周围的空气就会突然过渡到机翼的固定部分，从而产生噪音。机翼和移动表面之间的弹性表面能降低这一区域的噪音吗？德国航空航天中心和慕尼黑大学正在共同开展一个名为“FlexMat”的项目，该项目于2020年6月取得阶段性进展。

　　▲由合成橡胶和玻璃纤维增强复合材料制成的机翼蒙皮

　　在这项研究中，工程师们开发了一种新型机翼，在机翼的固定翼和移动部件之间加装了一层柔性蒙皮，这种柔性蒙皮由橡胶和玻璃纤维增强复合材制成，具有很强的柔韧性，被研究人员称为“人造皮肤”。

　　这种柔性蒙皮长约1米，以橡胶材料为主体，将固定翼和机翼的移动部分联接起来。另外，将强度较高的玻璃纤维条插入到橡胶内，玻璃纤维条之间保留一定的空间。这种蒙皮巧妙地将橡胶的柔韧性和玻璃纤维的刚性结合在一起，既满了机翼零部件对于移动的要求，又使机翼保持了总体形状的总体特征，降噪效果非常明显。不仅如此，新型蒙皮的设计，在一定程度上降低了空气阻力，使飞机的飞行效率进一步提高，能耗指标有所降低。

　　DLR复合结构和自适应系统研究所的工作人员马丁·拉德斯托克（Martin Radestock） 表示，目前，柔性蒙皮已经通过演示机的实验测试。实验结果表明，蒙皮的耐磨性能优异，可以在很大程度上实现飞机机翼的有效变形。现在需要注意的问题是，一旦发生极端变形的情况，如何确保蒙皮表面涂层不会开裂。

　　DLR的实验仍在继续，下一步实验需要测试的内容是，确定使用柔性蒙皮以后，降噪、降阻的确切情况，以及蒙皮的所能承受的最大负载值。

　　结束语

　　不管是对于机翼蒙皮的改进，还是对机翼本身结构的改良乃至重塑，都可能对未来的飞行产生或大或小的影响。随着这些技术的不断成熟以及在航空工业领域的实际应用，我们有理由相信，这些更轻、更顺、更智能的飞机机翼，会让我们的飞行变得更绿色、更高效、更安静。