自航空工業(yè)誕生以來，飛機(jī)設(shè)計師和工程師一直都在尋找像鳥和蝙蝠一樣可以在飛行過程中平滑地改變翼型的設(shè)計方案。襟翼、縫翼或其他常規(guī)操縱面由于存在操縱面間隙而產(chǎn)生阻力，因此設(shè)計師期望機(jī)翼可以按照所需弧度無縫地改變翼型。然而經(jīng)過多年嘗試后，事實證明在飛行中按照期望改變翼型的能力是難以實現(xiàn)的。

在20世紀(jì)90年代，美國空軍（USAF）和NASA共同出資開展先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)技術(shù)集成/F-111任務(wù)自適應(yīng)機(jī)翼（Mission Adaptive Wing，MAW）研究，該飛機(jī)取消了襟翼和縫隙設(shè)計。承包商波音公司設(shè)計了一型可變弧度的機(jī)翼，可以根據(jù)飛行條件和飛行員的輸入調(diào)整翼型，最大限度地提高氣動效率。機(jī)翼內(nèi)置機(jī)械結(jié)構(gòu)可以改變機(jī)翼蒙皮形狀，在亞音速飛行狀態(tài)保持大弧度翼剖面，在跨音速飛行狀態(tài)保持超臨界翼剖面，在超聲速飛行狀態(tài)采用對稱翼剖面。

盡管MAW項目為未來機(jī)翼系統(tǒng)取得了關(guān)鍵的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可以在整個飛行包線內(nèi)保持最高氣動效率。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)和作動系統(tǒng)過于沉重和復(fù)雜，MAW項目成果始終沒有在飛行中得到驗證。最新消息稱，MAW項目中的技術(shù)成果和其他無縫機(jī)翼的研發(fā)成果將應(yīng)用于7月開始進(jìn)行的飛行測試工作。測試地點為加利福尼亞州NASA阿姆斯特朗飛行研究中心。測試采用柔性機(jī)翼（FlexFoil），即無縫、幾何外形可變的后緣操縱面，代替標(biāo)準(zhǔn)開式連接的襟翼，該操縱面安裝在灣流III商務(wù)噴氣式客機(jī)上。

Flexsys設(shè)計的自適應(yīng)柔性后緣（Adaptive Compliant Trailing Edge，ACTE）長度為14英尺（4.3米），這種設(shè)計既保證了翼梁的強(qiáng)度需求，又使機(jī)翼具有一定的柔性。創(chuàng)辦Flexsys公司的總裁兼首席執(zhí)行官、密歇根大學(xué)機(jī)械工程系教授Sridhar Kota解釋說，ACTE采用一到兩個作動器便可以使翼梁相對來流產(chǎn)生向上或向下的變形，按照需要改變機(jī)翼弧度。翼梁所選用的材料為標(biāo)準(zhǔn)航宇材料。

分布式柔性

FlexFoil ACTE系統(tǒng)得益于Kota稱之為分布式柔性的設(shè)計成果，該設(shè)計是讓結(jié)構(gòu)長度上的每個單元都承受變形載荷，使機(jī)翼蒙皮一致受力彎曲，形成無縫的風(fēng)切入幾何結(jié)構(gòu)。不同于以往沉重、復(fù)雜的樣機(jī)，新型操縱面質(zhì)量輕、可靠性高、成本效益顯著，同時能夠?qū)崟r快速變形。兩個2英尺（0.6米）折式過渡蒙皮無縫遮蓋了彎曲翼梁末端和固定翼蒙皮之間的空間，不會產(chǎn)生附加阻力。

Kota稱；“采用輕薄機(jī)翼設(shè)計可以減少12%的油耗，使燃油經(jīng)濟(jì)性提高4~5%”。在減少廢氣排放方面的效果與前兩者類似。“此外，通過機(jī)改變翼型可以減少展向誘導(dǎo)阻力，還可以將應(yīng)力載荷轉(zhuǎn)移到強(qiáng)度更高的翼根。”

縫隙取消后，風(fēng)噪聲也相應(yīng)顯著減少。在降落時，常規(guī)襟翼的非連續(xù)蒙皮是40%飛機(jī)噪聲產(chǎn)生的來源。弗吉尼亞州蘭利研究中心環(huán)境負(fù)責(zé)航空項目的項目經(jīng)理Fayette S. Collier表示，NASA正在積極開展減少機(jī)場附近噪聲的工作。Fayette S. Collier說：“社區(qū)噪聲是新建、擴(kuò)建機(jī)場的最大障礙。這項新技術(shù)可以顯著減少2~4分貝的噪聲。”

有前途的創(chuàng)業(yè)公司 自從Kota在SBIR資助下于2001年成立公司以來，位于俄亥俄州的美國空軍研究實驗室（AFRL）就一直支持FlexFoil技術(shù)的開發(fā)，提供了約2000萬美元的資金。

AFRL項目經(jīng)理、一位有著30年飛行研究經(jīng)驗的資深專家Pete Flick表示：“90年代中期開展了大量關(guān)于變體飛機(jī)的研發(fā)工作，希望可以平滑地改變形狀以適應(yīng)飛行狀態(tài)，并且節(jié)約燃料。”

Pete Flick解釋說，其中一些方法在機(jī)翼蒙皮下布置多作動器機(jī)構(gòu)，還有一些其他方法試圖利用通電可變形的電活性材料。但這些方法只能做到高速率、小形變或低速率、大形變。

FlexFoil概念是采用簡單的方式提供高速率、大形變，這就是外界認(rèn)為柔性機(jī)翼是眾多技術(shù)中最有前途的原因。柔性機(jī)翼是平滑、高效改變機(jī)翼弧度的方式。

據(jù)報道，ACTE能夠以50°/s的響應(yīng)速率從-9°偏轉(zhuǎn)至+40°，可以滿足實時陣風(fēng)載荷減緩的需求。該設(shè)備的扭轉(zhuǎn)變形可達(dá)1°/ft（0.3m）。此外，該新型結(jié)構(gòu)的額定載荷超過10000磅（4536公斤），具有2.4倍過載的安全系數(shù)，并已通過疲勞、溫度和耐化學(xué)性測試。

Kota表示，柔性后緣翼梁可以由標(biāo)準(zhǔn)的輕質(zhì)材料（鋁、鈦、纖維增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料）制成。不需要任何特殊材料。

諸多潛在的好處

Flick表示，自適應(yīng)柔性機(jī)翼可以提供需多潛在的好處，包括減少燃油消耗、簡化設(shè)計、提供更好飛機(jī)操縱性能、針對變化的飛行狀態(tài)和任務(wù)而進(jìn)行的翼型實時優(yōu)化、以及陣風(fēng)載荷或機(jī)動載荷減緩。Flick解釋說：“客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)針對巡航飛行狀態(tài)對機(jī)翼的幾何形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化約束是一些理論上折中的飛行條件，因此固定翼型在大多數(shù)時間上都不是最優(yōu)的。采用了ACTE之后，可以根據(jù)在飛行包線中的所處位置無縫地改變翼型”

Flick說：“在大機(jī)動或強(qiáng)陣風(fēng)的工況下，機(jī)翼承受非常大的載荷，因此很難避免產(chǎn)生較大形變。FlexFoil系統(tǒng)可以快速響應(yīng)，通過產(chǎn)生微小形變來減輕氣動載荷，在載荷建立起來之前就將其全部卸載掉，而不會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。”

Kota表示：“很多舊的客機(jī)正準(zhǔn)備通過加裝翼梢小翼來提高升力，同時減少阻力和燃油消耗。但該方式的缺點是增加了結(jié)構(gòu)載荷，這就意味著需要加強(qiáng)機(jī)翼結(jié)構(gòu)。

因此，航空公司往往會因成本過于高而無法接受這種升級方式。改型后的高升力襟翼系統(tǒng)，如加裝FlexFoil子襟翼后緣機(jī)翼盒的福勒襟翼可以控制由小翼引起的載荷。

Kota說：”許多客機(jī)，如MD-80、737或A320，可以通過使用FlexFoil機(jī)翼盒簡單替換20%的襟翼翼弦而獲益?？勺冃魏缶壙梢詼p少飛行中由新增小翼引起的機(jī)翼扭矩和機(jī)翼翼根彎矩。安裝柔性機(jī)翼可以減少4%的油耗，這就意味著回收投資可能僅需要兩年半的時間。因此使用這兩項技術(shù)可以減少10%的油耗。

FlexFoil技術(shù)可以應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。如用在客機(jī)、軍用運(yùn)輸機(jī)、加油機(jī)和高空飛行器（薄、高展弦比機(jī)翼）、直升機(jī)旋翼或其他飛行舵面的前緣和后緣。美國陸軍已經(jīng)在貝爾222A“噴氣突擊隊員”直升機(jī)、風(fēng)力發(fā)電渦輪機(jī)上對原型樣機(jī)進(jìn)行了測試。