空间技术。 形状变形和飞行成形
自然变形
鸟变形
研究人员和观察者早就认识到，鸟类和其他各种飞行生物会在飞行中改变身体结构的位置，以执行特定的动作或调整其空气动力学剖面以适应不断变化的飞行条件。
这只鹰将脚放在身体上以减少空气阻力。 还要注意伸展机翼（通常用于减慢下降速度）并在其上散布羽毛以打破机翼尖端增加阻力的涡流。
飞机结构改造的另一个众所周知的例子是可伸缩起落架，当飞机在飞行中将腿拉向身体时，它对飞机的作用与鸟类相同。
也就是说，这种类型的转换显着降低了气动阻力，从而提高了猛禽的能源效率，这也导致了飞机的燃油经济性。
其他“低技术”转换示例包括用于将力和扭矩传递给飞机以实现机动和稳定性的可移动控制面，突出以重塑机翼形状的“缝翼”、“狭缝”和“襟翼”，提供更多升力和更多升力、低起飞和着陆速度；以及可变后掠翼，使飞机能够以截然不同的飞行速度高效飞行，例如，当从亚音速飞行过渡到超音速飞行时。
这些变形技术过去的例子在当时无疑是开创性的，但现在它们已经相当普遍——有些甚至不被认为是变形技术。
金属变形
事实上，自从人类开始用火锻造金属以来，“金属的状态”一直是不稳定的。
欧洲人在 1930 年代测试了金属的“弯曲性”和负载，他们指出，一些合金（含铝）会表现出一种伪弹性（顺便说一下，确实如此）。
在苏联，他们是否提出了金属变形？
为了演示的客观性，让我们记住这一点。
金属合金中的形状记忆效应是由科学家 G.V. Kurdyumov 和 L.G. Khandros 在苏联发现的，并于 17 年 1949 月 XNUMX 日被正式确定为一项科学发现，该发现被经验证实并与金属合金中的无扩散相变类型相关。 所发现的效应是在基于金、铜、钴、铁、镍等金属的合金中通过实验发现的。
有什么用？
这一发现或声明的地位低于任何专利，甚至是俄罗斯，例如在美国注册的专利。
更不用说“形状记忆效应”的发现一般可以追溯到 1932 年，当时瑞典化学家 Arne Olander 首次在金镉合金中发现了这种特性。
目前，俄罗斯联邦现行民法典规定了对智力活动成果（知识产权）行使专有权的依据和程序，并未规范与科学发现相关的法律关系。
在苏联，有人提议将科学发现理解为建立以前未知的客观存在和可验证的物质世界规律、特性和现象，从而使知识水平发生根本变化。
有趣的是，由于世界科学界从来没有参与过对苏联/俄罗斯发现的认可，他们的地位是由俄罗斯专家决定的，其中从来没有诺贝尔奖获得者或赫希指数（HIR）至少超过的科学家。比30。也就是说，按照现在世界科学界的现有协议，他们都不是伟大的科学家。
本说明适用于那些想要澄清俄罗斯维基百科文章内容或俄罗斯科学家文章内容的人，包括“伪科学”委员会（反伪科学委员会是俄罗斯联邦主席团下属的科学协调组织）的负责人。俄罗斯科学院），“未经录取的院士”，他们也不足 20 岁，但谁“无所不知”并判断一切。
不存在纯形状记忆金属 (SMM)。 这些总是合金。
最一般的定义。
防晒指数 是一组可以恢复原状的金属合金。
XNUMX世纪的蜕变
与过去的“低技术”改造设计不同，改造飞机今天被定义为 “使用创新的执行器、执行器和其他机制来适应其条件，以改善在多种环境或不同条件下飞行时的行为和性能”.
尽管最近几个世纪的创新 飞机 技术，现代飞机的多功能性仍然比生物原型和类似物差得多。
今天，航空技术和设计的研究继续从大自然中汲取灵感和灵感。 但同样明显的是，我们的技术能力严重落后于神造的自然能力。
实现的特性、特性和效果，实际意义
形状记忆效应。 该材料可用作致动器以提供恢复形状的力。
伪弹性。 可以对材料施加应力以在相对恒定的应力水平下提供大的可恢复应变。
滞后。 允许在伪弹性响应期间耗散能量。
高响应电压 (400–700 MPa)。 具有小横截面的组件会产生很大的力。
高驱动负载（约 8%）... 短部件可以适应大运动。
高能量密度（约1200 J/kg）... 显着驱动所需的少量材料。
三维触发。 以各种形状制造的多晶 SMA 组件可提供许多有用的几何形状。
响应频率... 实现部件高冷却速率的困难限制了它们在高频应用中的使用。
能源效率（10-15%）。 运行所需的热能量远大于机械功的功率。
转化诱导的可塑性。 循环响应过程中延展性的积累最终导致材料失效和失效。
一些现代 SPF 及其特性
宇宙形成
形状记忆合金的应用多种多样。
它们的优先实施在新产品功能收费高的领域进行：医学、航空和航天； 消防和石油和天然气行业。 甚至在马戏团...
考虑到观众的利益，我们只考虑它的航空-军事-航天应用。
对于航空航天应用，减轻重量至关重要。 形状记忆合金是一种特殊材料，与飞行和发动机控制所需的传统液压执行器相比，可提供更高的扭矩和输出质量，需要的零件总数更少，并且需要的维护更少。
这是通过形状记忆效应实现的。 当SPF被加热或冷却时，它会发生可逆的相变，即使在相反的负载下也能恢复其原始形状。
这赋予了这些材料必要的属性，使它们可以成为航空航天工业中各种结构的可行替代材料。
例如：
• 主要结构材料；
• 自展开结构（天线、太阳能电池板等）；
• 太阳能电池的定向机制；
• 装配工作工具（螺母扳手、自紧夹和联轴器；夹具、喇叭口等）；
• 旋转机构的驱动（舵、风门、舱口等）；
• 操纵器等。
SPF 的特性使得创建实现结构元件变形位移的复杂运动学的设备成为可能，同时具有设备的最大重量效率、结构简单性和最小体积内的位置。
Примеры
1993 年，在开放空间的和平号空间站，组装了 Sophora 定向引擎的桁架。
在冷却状态下，衬套形式的套筒变形以增加其内径。 在将管状元件的端部插入套筒并将其加热到逆马氏体转变温度以上后，套筒减小了内径，提供了可靠的变形连接。
在和平号空间站，使用 SPF 驱动器部署了一个 Rapana 农场（以电线的形式，通过电流通过它来加热它），并且在 Progress-40 上部署了两个直径为 20 m 的天线太空卡车。
当然，还有后来的应用。
NASA
美国宇航局正在开发重塑金属，例如用于航天器的智能自适应材料。
美国宇航局位于弗吉尼亚州的兰利研究中心在这项工作中发挥着关键作用。 其材料卓越中心正在疯狂地研究变形平面。
Anna McGowan 博士 - 美国宇航局材料变形计划主任
Anna McGowan，美国宇航局兰利研究中心讲座。
为了阐明什么是复杂系统，McGowan 将其与她在学校学习的传统工程进行了比较。
使用这种长期存在的方法，“你采用了一个非常复杂的系统并不断分解它，直到你弄清楚细节，”她说。
“然后你分别分析了这些部分，一旦你理解了这些部分，你就可以将其重新插入以了解整个系统。”
使用这种长期存在的方法，“你采用了一个非常复杂的系统并不断分解它，直到你弄清楚细节，”她说。
“然后你分别分析了这些部分，一旦你理解了这些部分，你就可以将其重新插入以了解整个系统。”
但是，对于复杂系统，这种线性简化方法不起作用。
“复杂系统是交叉学习的一个功能，”麦高恩说。 “各种组件之间的界限现在很模糊。”
或者，换句话说：“工程中的复杂系统更多地依赖于组件的交互而不是组件本身。”
因此，有必要以综合的方式来思考形态材料的创造，即实际上是关于智能形态系统的创造。
这种方法可以在先进航天器的开发中得到实际应用。
通过变形工艺，可以控制阻力、载荷、噪音的减少，以及使用这种材料的传感器和执行器的协调。
最重要的是，这种材料有朝一日可以用作可以自我修复的“自修复航天器外壳”的基础。
这种转换允许机器“记住”以前的配置或“记住”自己以备将来使用。
当材料可以变形时，船的形状可以改变以适应它移动的环境。 而这样的材料可以“伪装”飞机和飞船，让观众“迷惑”。
软机器人
终结者#2 是典型的软体机器人
终结者是科幻电影中最具标志性的角色之一。
但这项技术可能还有几十年的时间，不是吗？
可能没有。
液态金属
用于塑造液体的电场是由计算机产生的，这意味着 熔融金属的位置和形状可以动态编程和控制。
“液态金属是非常有前途的一类可变形材料； 它们的独特性能包括应力控制表面张力、高液体电导率和室温下的液固相变。”
- 萨塞克斯大学 INTERACT 实验室负责人 Shriram Subramanian 教授说。
“我们和许多其他研究人员的长期愿景之一是使用数字控制改变任何物体的物理形式、外观和功能，以创造出智能、灵活和有用的物体，其功能超越任何现代显示器或 机器人“。
- 萨塞克斯大学 INTERACT 实验室负责人 Shriram Subramanian 教授说。
“我们和许多其他研究人员的长期愿景之一是使用数字控制改变任何物体的物理形式、外观和功能，以创造出智能、灵活和有用的物体，其功能超越任何现代显示器或 机器人“。
可编程液态金属
“这是一种新型的可编程液态材料，可以以受控方式从简单的液滴形状动态转变为许多其他复杂的几何形状。”
萨塞克斯大学的项目研究员 Yutaka Tokuda 说。
萨塞克斯大学的项目研究员 Yutaka Tokuda 说。
虽然德田小组的研究处于早期阶段，但他们收集的证据激励他们探索潜在的应用，包括软机器人和智能电子产品。
数字控制
这项研究使得使用计算机控制的电场不仅可以改变液态金属的形状，还可以使其在空间中移动。
研究人员有一个长期愿景，即有朝一日使用数字灵活对象控制来创建“超越任何现代显示器或机器人功能的智能、灵活和有用的对象”。
新型智能变形材料，自愈，专为软机器人设计
软机器人、可穿戴技术和人机交互的进步需要一类新的可扩展材料，它们可以自适应地重塑，仅依靠便携式电子设备作为电源。
卡内基梅隆大学的研究人员开发了一种材料，该材料具有高导电性和导热性与驱动能力的独特组合。
该材料的另一个关键特性是它能够抵抗重大损坏。
“我们已经观察到这种复合材料的电自愈和损伤检测能力，但损伤检测比以前的液态金属复合材料更进了一步。”
- 迈克尔福特解释说，他是 Soft Machines 实验室的研究员，也是该研究的主要作者。
“因为损坏会产生新的导电标记，可以触发形状变化，复合材料对损坏做出明确的反应。”
- 迈克尔福特解释说，他是 Soft Machines 实验室的研究员，也是该研究的主要作者。
“因为损坏会产生新的导电标记，可以触发形状变化，复合材料对损坏做出明确的反应。”
该材料的高导电性允许复合材料与传统电子设备相互作用，动态响应触摸并可逆地改变形状。 它可用于任何需要可拉伸电子产品的应用：医疗保健、服装、可穿戴计算机、辅助设备和机器人以及太空旅行。
这项工作得到了陆军研究办公室的资助。
镍钛诺
镍钛诺或镍化钛 - 金属间化合物（成分之间具有固定比例的金属化合物）。
太空中的镍钛诺
NASA 有很长一段时间 历史 在空间进行材料科学和工程实验。 其中许多研究仍然保密。
有消息称，美国宇航局将镍钛诺送入太空进行秘密实验。 最新信息表明，他在 1990 年代的航天飞机和空间站飞行期间被安置在专门的测试室中。 2017 年，甚至在我们的国际空间站上。
外层空间的零重力和无重力环境可能为“奇怪的制造和加工”提供了线索，也为理解材料如何以及为什么能够“转变”提供了线索。
众所周知，美国空军研究实验室赖特-帕特森 (AFRL) 开发了由具有记忆功能的金属（镍钛诺）制成的航天器组件，并将这些独特的变形系统发射到太空。 几十年来，Wright-Patterson AFRL 一直在开发基于记忆金属的航天器系统。
基地本身从罗斯威尔那里接收并研究了记忆金属，在至少三个演示时间中利用了该技术的优势，发射了三个鲜为人知的航天器：
• MIghtSat / FalconSat 是 AFRL 开发的一种小型卫星航天器，用于在太空中测试航天器的先进成像、通信和“总线组件”，于 2000 年发射，执行为期两年的任务。 对技术文献的深入搜索揭示了使用记忆金属发射到太空的 MightSat 的参考。 该装置被称为“AFRL Form Memory Release Device”，其缩写被称为SMARD（或形状记忆合金释放装置）。
• 1997 年 XNUMX 月，赖特的 AFRL 轻型柔性太阳能电池阵列 (LFSA) 被发射到太空。 技术参考是形状记忆合金铰链设计和 AFRL 与 NASA、DARPA 和洛克希德马丁公司共同建造的金属记忆装置。 它包含非常薄的镍钛诺。 这些条带用作超灵活的设备，船舶的连接部分可以在其上转动、摆动或锁定。
• 实验室目前的太空任务 是宇宙飞船 罗塞塔。 赖特的研究实验室与欧洲航天局合作开发了一艘航天器，成为第一个进入轨道并降落在彗星上的航天器。 追星船配备了形状记忆气体释放机构，一种专门的金属记忆阀。
Rosetta 是一个自动行星际空间站，旨在研究彗星。 由欧洲航天局与 NASA 合作设计和制造。
该航天器于 2004 年 67 月发射到彗星 12P / Churyumov - Gerasimenko。 作为该计划的一部分，2014 年 XNUMX 月 XNUMX 日，下降飞行器在彗星表面进行了世界上首次软着陆。
该航天器于 2004 年 67 月发射到彗星 12P / Churyumov - Gerasimenko。 作为该计划的一部分，2014 年 XNUMX 月 XNUMX 日，下降飞行器在彗星表面进行了世界上首次软着陆。
航空用 SPF 材料和技术
过去，飞机使用了可变后掠、可伸缩起落架、可伸缩襟翼和缝翼以及“可变机头”。
设计思想回归到航空业初期使用的飞机控制原则，证实了一切新事物都是被遗忘的旧事物。 现代航空的变形概念可以追溯到 Otto Lilienthal 开发的飞机控制原理。
例如，出于多种原因，灵活或变形机翼的概念非常有前途。 飞机速度增加，这导致机翼上的气动载荷增加，当然任何接缝或突起都会影响燃油消耗。 争取空气动力学形式的“流畅性”正成为一项紧迫的任务。
已实现和潜在的潜在用途
这对军队来说是双重重要的——它们的变形空气动力学表面吸引了减少无线电范围内飞机有效反射面的能力，减轻了机械驱动的重量——从而获得了增加航程、机动性和生存能力的储备。飞机在战斗碰撞中。
令人感兴趣的还有更显着的形状变化，特别是机翼表面积和机翼受控凸度的变化。
也就是说，我们不是在谈论作为一种抽象技术的变形，而是使用具有以前无法实现的“变形”特性的超材料的建设性解决方案。
二十一世纪的航空航天器
这是一个相当古老的项目，尽管是在 2001 世纪。 事实上，美国宇航局自 XNUMX 年以来一直在努力打造可转换飞机的概念。
但从长远来看，美国宇航局希望设计一种转型的飞机。
这个概念被称为 XNUMX 世纪的航空航天器，有时也被称为变形飞机，包括许多允许在飞行中重新配置以获得最佳飞行性能的智能技术，是仿生技术的一个例子。
在这种情况下，模仿了鸟类的生物学设计。
通过使用灵活且可以根据指令改变形状的智能材料，XNUMX 世纪的航空航天器可以通过向外和略微向上延伸末端来塑造其机翼，以提供最佳升力。
但是起飞后，飞机需要一个机翼，它可以在保持升力的同时提供较小的风阻。 这就是为什么机翼在 3000 米以上的高度向内收缩并向后摆动以减少阻力并增加飞行速度的原因。
虽然该计划尚未取得成果，但它是一个令人兴奋的提议，可以展望未来。
到目前为止，技术上更先进的现代科学技术的想法正在实施。
技嘉货机
这是一个概念设计，将使用先进的陶瓷、纤维和碳纳米管来创造一个巨大的飞行上层结构。
有效载荷将如此之大，降落后，飞机可以变成移动电站、水处理厂，甚至是三层楼的自治医院。
为了保持这个“大型结构”的完整性，并且没有一个在飞行过程中不断变化的通用机身，它可以配备一个内部主动子机身AFS，它可以分配压力以获得最佳性能并防止损坏机身。
AFS 由碳纤维结构和多个移动部分组成，整个长度上有数百个传感器，以及一个电动气泵系统，带有两个外部进气口，可以推动或拉动高压空气；
AFS 以这种方式重新调整其形状，所有这些都由每毫秒分析情况的各种计算机控制。
飞行变形
飞行变形是一种能力的例子，它不仅仅包括赋予蝙蝠、鸟类和蝴蝶等动物飞行能力的结构配置。
事实上，变形飞行是一项非常通用的技能。
变形的各个学科方面可以细分如下：
遥控：改变形状的诱因。
当然，对响应性材料的潜在使用和开发的主要影响是如何启动它们。 同样，自然系统在有限的刺激下运作。
在人造世界中，远程控制和与现有系统集成的前景使光、电场和磁场成为控制响应的有吸引力的候选者，并增加了超越自然极限的能力。
吸收性。
水凝胶是吸湿响应材料的原型，当溶剂颗粒完全渗透其聚合物网络并由于亲水作用引起膨胀时，其尺寸变化超过 1100 倍。
化学。
化学物质的存在是无处不在的自然触发因素，无论是离子浓度、pH 值变化还是特定抗原的存在。 由于水凝胶的化学触发而导致的体积变化可高达 350 倍。
加热。
温度响应可能是人造世界中最著名的被动运动触发器。 不同的热系数很容易观察到，自 XNUMX 世纪以来，基于带材的双金属控制系统就采用了这种方法。 许多商业塑料，例如聚酯和聚氨酯，是热塑性塑料，由于易于加工而表现出形状记忆效应。 然而，它们在后期制作重塑应用程序中的使用目前是一个新奇事物。
光。
使用对电磁或辐射影响敏感的材料为远程激活和逐步刺激开辟了机会，与现有控制系统兼容。 液晶系统以其光响应而闻名，这会触发前面讨论的反式异构体的转换。 对于 LCE、聚合物系统和水凝胶，已经表明添加具有调谐等离子体共振的纳米颗粒复合材料通过触发加热来增加光响应。
电和磁。
动作电位的电脉冲是自然界中激活和形成的关键刺激，在自然界中，肌肉收缩是由 10 mV 数量级的电压打开的离子通道引起的。 多种电活性变形聚合物是综合已知的，它们都没有表现出肌肉相互作用的高增益：实际上，许多需要千伏才能匹配适度的 20% 肌肉收缩。
变形哲学
灵敏度
飞行生物和机器必须能够检测或感知周围的大气状态，以及它们自己的位置和结构配置，以便能够在给定的环境中飞行。
需要收集的数据类型的示例包括空气速度、高度、气压、相对于其他物体的位置，以及在任何给定时刻它们的翅膀的位置和形状（如果使用变形，则尤其如此）。
这种能力可能包括飞机中高度专业化的传感器，例如用于测量方向的偏航率陀螺仪和用于测量气压的机翼开口。
计算方式
来自眼睛、耳朵等的感觉信号，以及来自专门的感觉系统的感觉信号，必须在生物飞行员的大脑中进行整合和处理，或者，如果我们考虑飞机的感觉系统，则必须在机载计算机中进行整合和处理。 要执行的处理包括用于飞行稳定性、制导、导航和控制的专门算法。
飞行稳定性可能是这些功能中最重要的，因为没有稳定性就不可能保持飞行状态，而在飞行中缺乏稳定性很容易导致悲剧性的结果。
在飞机中，飞行稳定性算法以尽可能高的处理速度执行，并且处理器使用的优先级最高。
导航
悬停是一种功能，它尽可能准确地确定飞行器在给定时刻的位置，尤其是与它需要飞行的位置相关的位置。
在生物飞行员中，这些命令是来自大脑的电脉冲，可以刺激特定的肌肉和器官。 在飞机中，命令也是激活电动机或触发液压驱动的电信号。
驱动器
变形飞行需要高度专业化的结构，但也需要专门的执行器来移动和定位这些结构。
飞行变形
因此，这些“子系统”中的每一个都需要专门的组件来实现它们在提供飞行变形奇迹方面的作用。
然而，这些子系统的交互方式对于转型的成功和确保对飞行性能的积极贡献同样重要。
感官输出必须提供对稳定性、控制和导航有用的特定信息，并且计算能力必须具有足够的处理能力并以有效处理这些信息的方式“连线”。
同样，计算函数必须具有有关执行器配置和动力学的信息，以便输出适当的命令信号以实现飞行稳定性的目标并成功执行所需的运动。
该框图说明了实现改进飞行性能所涉及的主要子系统的相互关系和相互依存关系。
然而，当在系统上下文中查看这些物理组件时，复杂性参数被带到一个全新的水平。
显示了从技术的角度将各类结构联合起来的形态系统的功能概念。
鸟的大脑必须有足够的能力来执行生命和日常活动所需的计算。 此外，飞机还必须发射火箭、射击并维持飞行员或机组人员的生存能力。
结论
这个讨论表明，几乎不可能考虑到形状变形这一重要的跨学科问题的所有方面，更不可能对它们进行协同研究。
还有另一种解释。
在飞机上实现“鸟类能力”，即使将大量资源集中在重大研究工作的框架内，也是不可能的，因为鸟类不仅是设计的产物，而且还是一位非常有能力的设计师，对飞机的跨学科性质有着无与伦比的理解问题。
（虽然一个人更复杂，但“自主飞行”的能力并不是他天生就具备的。我们必须接受并寻找其他可能性，使用比大多数鸟类更强大的智力）。
（虽然一个人更复杂，但“自主飞行”的能力并不是他天生就具备的。我们必须接受并寻找其他可能性，使用比大多数鸟类更强大的智力）。
但是，幻想甚至研究合成变形材料的功能和激活机制是一回事，将我们目前对自成型材料的了解与自然界中发现的策略进行比较又是另一回事。
结论是不可避免的： 在可预见的未来，将不会有一种单一的材料和生产方法可以让任何设备或飞机完全按照甚至非常有魅力的统治者、工程和科学界的意愿自行成型。
结果
与人类不同的是，“最初不打算飞行”，鸟类从一出生就拥有整个“飞行器”及其支持系统，此外，它们经过基因训练可以使用所有这些。
只有通过创建直接响应飞行员想法的材料和系统，才能在飞机上实现鸟类变形。
飞行员的想法是什么，例如在 VO 论坛上写评论的军人？
即使拥有最先进的宇宙超材料，我们将带着这些想法飞到哪里去？
这种人与飞机（航天器）的共生在可预见的未来对于地球人类来说是无法实现的，尽管这个项目有假设的原型......
但在这美好的时光之前，最好不要使用“智能金属”这个词。
***
本文只是一项演绎科学调查的序言，该调查涉及美国在突破性科学发展“智能”材料方面最保守的秘密，相比之下，“非常聪明”。
接下来是一个叙述（或者更确切地说是调查），为什么和如何，1947 年在罗斯威尔 UFO 坠机现场发现的“记忆金属”残骸成为当今“形状记忆合金”或“变形”的概念和技术推动力。金属”，如镍钛诺。
待续...
信息