智能材料已被应用于各种设备,从减震器到钢梁,但尚未应用于飞机——尽管它们似乎是为飞机量身定制的。智能材料会响应刺激(如电流或磁场)而改变形状,而能够做到这一点的飞机机翼,像鸟翼一样弯曲或扭转自身,将比带有铰链副翼和襟翼的机翼更便宜、更不易发生故障。全国各地大学和工业实验室的工程师们花了几年时间竞相成为第一位驾驶飞机(任何类型的飞机)使用智能控制表面的。这场竞赛似乎已经结束——由一位通常设计导弹的航空航天工程师、他的研究生团队以及一架名为“摩斯拉”的小型滑翔机赢得。
“摩斯拉”的名字来源于日本恐怖电影中的一种类似飞蛾的怪物,是奥本大学的 Ron Barrett 的心血结晶。它由石墨环氧树脂框架和轻质塑料外壳构成,翼展四英尺,重仅 5.5 盎司。Barrett 说,自适应结构的主要批评之一是它们通常很重。所以我制造了一架非常轻的飞机来证明一点——那就是如果你设计得当,你可以让它非常、非常轻。
像许多小型滑翔机一样,“摩斯拉”由尾部控制;与客机不同,它的机翼是固定的,后缘没有襟翼或副翼。尾部由两个像翅膀一样的水平稳定器组成,它们上下移动以控制飞机的俯仰,以及一个左右弯曲的垂直稳定器,使飞机向左或向右转弯。每个稳定器的骨架是沿着前缘的主翼梁。在大多数滑翔机中,稳定器围绕其主翼梁枢转,并且该运动由电机、齿轮和电线系统控制。在“摩斯拉”中,稳定器仍然枢转,但所有这些机械装置都被智能材料制成的后翼梁所取代:一种压电陶瓷,在受到电流刺激时会膨胀或收缩。
后翼梁固定在主翼梁的根部(沿着飞机的轴线),并对角延伸至每个稳定器的尖端。它厚仅 0.014 英寸,由两层压电陶瓷夹在一块黄铜周围构成。Barrett 说,如果你将两层这样的陶瓷放在一起,一层在上面,一层在下面,你可以让上面一层膨胀,下面一层收缩,从而使纸张向下弯曲。来自“摩斯拉”机头电池的电流,由地面的无线电信号控制,会弯曲压电翼梁。每次翼梁弯曲时,整个稳定器也会弯曲,在尖端卷曲。例如,将垂直稳定器卷曲到右侧会导致飞机向右转弯;将两个水平稳定器都向下卷曲会导致飞机失去高度。
对于“摩斯拉”来说,失去高度很容易;进行平稳着陆则更具挑战性。经过风洞试验后,Barrett 和他的团队将他们的作品投入测试,用弹力绳以弹射器的方式发射。“我们摔了很多跟头,”Barrett 说。这架飞机和大多数轻载飞机一样,容易受到阵风的影响。而最糟糕的阵风有时发生在室内。在某些建筑物里,我们无法关闭空调,当我们飞行时,飞机就会撞上气流,阵风会将飞机颠倒过来。
他们在户外黄昏时,空气平静的时候,表现更好。在这 20 次飞行中,“摩斯拉”的操作员成功地控制了飞机的运动,并能够使其平稳着陆。最长的一次飞行,期间“摩斯拉”以约 100 码的圆形路径飞行了 41 秒。Barrett 指出,莱特兄弟在基蒂霍克进行的首次飞行仅仅持续了 12 秒。
为了让“摩斯拉”能飞得更久,Barrett 此后开始尝试配置,其中包括价值两盎司的电机和螺旋桨。他的下一架飞机(以另一只恐怖电影怪物罗丹命名)将更重、动力更强,这将消除“摩斯拉”的一些阵风问题。罗丹还将配备机翼副翼,以提供更大的机动性。Barrett 说,“摩斯拉”的建造之所以更简单是有原因的。由于它是第一架使用智能结构飞行的飞机,我们不想做得太花哨,他解释道。我们只是想让它飞起来,证明它能够飞行。














