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NASA利用记忆合金打造出新型可折叠机翼

NASA利用记忆合金打造出新型可折叠机翼

  • 分类:行业新闻
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  • 来源:
  • 发布时间:2021-04-26

NASA利用记忆合金打造出新型可折叠机翼

【概要描述】  据外媒报道,NASA将可折叠机翼视为是未来航天的关键航空技术,为了让这个目标能够得以实现,这个太空机构开始寻找一种前沿、轻量级的记忆合金。日前就出现了一个合适的选择,由Spanwise Adaptive Wing项目研发的新型合金能让机翼在不需要重型液压系统的情况下控制表面进而改变其形状。

  飞机的机翼经历了一个漫长的发展历史,从最初的云杉木和帆布变成了现在越来越复杂的材料。虽然在技术上获得了重大更新,但它们的效率却受到了一定的限制。如果机翼能变得更加“橡胶”感一些,这样其就能变成多种形状,这也就意味着它们能够满足多种不同的飞行条件。

  实际上,这个想法很早就已经出现,但问题是折叠机翼所需要的液压机太笨重且能耗非常高,以致于其劣势完全盖过了优势。为此,NASA的阿姆斯特朗飞行研究中心、格伦研究中心、兰利研究中心、波音研究与技术部门、Area-I Inc联合研发一种能取代现所用液压机和发动机的制动器,其将能让重量减少80%并将通过形状记忆合金运转。

  最近,NASA在加州爱德华兹空军基地的罗杰斯干湖上展开了一系列飞行测试。在测试过程中,他们使用了通过远程控制的原型技术评估研究飞机(PTERA)。据悉,PTERA所用机翼在飞行过程中可实现0-70度的折叠。除了采用碳复合材料之外,这架无人机还用到了大量遥测设备和传感器。

  通常情况下,记忆合金都是通过加热的方式进行变形。测试中,机翼上的加热管就让机翼最两侧的部分向上或向下弯曲。

  来自波音研究与技术部门的技术人员Jim Mabe表示,他们与NASA通力研发的新型合金性能表现非常出色,从一开始的测试阶段到飞行测试,该材料一直表现稳定且比以往研发的材料都要优秀。

  而根据NASA提供的信息了解到,具备可折叠能力的机翼未来有一天将能变得更轻、更简单、更细长、更稳定、更省油。另外,它还将让超音速飞行变得更加容易。

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  据外媒报道,NASA将可折叠机翼视为是未来航天的关键航空技术,为了让这个目标能够得以实现,这个太空机构开始寻找一种前沿、轻量级的记忆合金。日前就出现了一个合适的选择,由Spanwise Adaptive Wing项目研发的新型合金能让机翼在不需要重型液压系统的情况下控制表面进而改变其形状。

  飞机的机翼经历了一个漫长的发展历史,从最初的云杉木和帆布变成了现在越来越复杂的材料。虽然在技术上获得了重大更新,但它们的效率却受到了一定的限制。如果机翼能变得更加“橡胶”感一些,这样其就能变成多种形状,这也就意味着它们能够满足多种不同的飞行条件。

  实际上,这个想法很早就已经出现,但问题是折叠机翼所需要的液压机太笨重且能耗非常高,以致于其劣势完全盖过了优势。为此,NASA的阿姆斯特朗飞行研究中心、格伦研究中心、兰利研究中心、波音研究与技术部门、Area-I Inc联合研发一种能取代现所用液压机和发动机的制动器,其将能让重量减少80%并将通过形状记忆合金运转。

  最近,NASA在加州爱德华兹空军基地的罗杰斯干湖上展开了一系列飞行测试。在测试过程中,他们使用了通过远程控制的原型技术评估研究飞机(PTERA)。据悉,PTERA所用机翼在飞行过程中可实现0-70度的折叠。除了采用碳复合材料之外,这架无人机还用到了大量遥测设备和传感器。

  通常情况下,记忆合金都是通过加热的方式进行变形。测试中,机翼上的加热管就让机翼最两侧的部分向上或向下弯曲。

  来自波音研究与技术部门的技术人员Jim Mabe表示,他们与NASA通力研发的新型合金性能表现非常出色,从一开始的测试阶段到飞行测试,该材料一直表现稳定且比以往研发的材料都要优秀。

  而根据NASA提供的信息了解到,具备可折叠能力的机翼未来有一天将能变得更轻、更简单、更细长、更稳定、更省油。另外,它还将让超音速飞行变得更加容易。

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镍钛合金驱动丝:创新材料的多元应用与卓越性能
在材料科学领域,镍钛合金驱动丝正凭借其独特性能和广泛应用,成为众多行业关注的焦点。这种智能材料以其类似人体肌肉的特性,在医疗、电子、汽车等多领域展现出巨大的应用潜力。​ 镍钛合金驱动丝,又称 “NiTi 驱动丝” 或 “肌肉钛丝”,其独特之处在于具备通电收缩的特性。当电流通过时,合金丝内部电阻产生热量,温度高于相变温度,触发收缩反应;电流停止后,合金丝冷却并恢复原始长度。这一特性源于镍钛合金在机械应力或温度变化下发生的相变,为其在各领域的应用奠定了基础。​ 从性能数据来看,镍钛合金驱动丝表现卓越。其抗拉强度高达 850MPa,屈服强度在 195 - 690MPa 之间,延伸率范围为 25 - 50%。在化学成分上,Ni 含量严格控制在 55.4% - 56.2% 之间,同时对 C、H、O、N 等杂质含量的严格限制,确保了合金丝的稳定性与可靠性。通过调整合金成分和处理工艺,NiTi 记忆合金的相变温度可在一定范围内变化,如 TiNi - 01 合金相变温度范围为 20℃ - 40℃,TiNi - 02 合金则为 45℃ - 90℃,极大地拓展了其应用场景。​ 在医疗健康领域,镍钛合金驱动丝的应用尤为突出。因其良好的生物相容性,被广泛用于制作支架、导丝等医疗器械。在智能驱动的高精度药液输送系统中,镍钛合金材料也发挥着关键作用,为患者提供更精准高效的医疗服务。在消费电子领域,镍钛合金驱动丝同样不可或缺。例如,在手机镜头的光学防抖马达中,该材料得到了英国 CML 的性能认证,有效提升了拍摄质量。​ 在汽车制造行业,镍钛合金被应用于汽车座椅和悬挂系统,显著提高了车辆的舒适性和安全性,满足了消费者对智能、舒适驾乘体验的追求。在渔具领域,镍钛合金丝用于制作鱼钩、鱼线等部件,提升了钓鱼的效率与成功率。​ 科研人员对镍钛合金驱动丝的研究也在不断深入。德国萨尔大学和德国机电一体化与自动化技术中心的研究团队利用镍 - 钛形状记忆合金中的 “弹性热效应”,开发出创新的空调技术。该技术通过超薄镍钛线材或片材的反复机械变形实现热量转移,无需使用挥发性制冷剂或燃烧化石燃料,具有更高的能效和显著的环境效益,被欧盟委员会视为传统制冷系统的领先替代方案,并被世界经济论坛评为 2024 年 “十大新兴技术” 之一。香港科技大学孙庆平教授团队则提出了一种新型的丝线缠绕弯曲驱动方式,应用于镍钛形状记忆合金丝,实现了稳定持续的低温冷区,制作的紧凑型空气制冷原型机尺寸小巧,能高效且连续地输出冷空气,空气温降高达 10.6℃,样机能效比高达 3.7,为弹卡固态制冷技术的发展开辟了新路径。​ 随着技术的不断进步和研究的持续深入,镍钛合金驱动丝有望在更多领域实现突破,为各行业的发展注入新的活力,推动科技与生活的进一步发展。
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