关于可变翼飞机的可行性研究 ZT 穿墙屁 at 文化走廊的科普文章

今天早晨， 问题多网友问：什么是可变翼飞机。我从小是航空爱好者，也读过很多这方面的书籍，因此对这个问题知晓一二。这里就和大家谈一谈：

就在我们正说话的这时刻，世界各地飞翔的飞机，无论是波音的747 Combo Jet还是AH-64“阿帕齐”武装直升机，都属于固定翼飞机。因为它们的机翼都是不变的，不能够随意伸缩、扭动。固定翼飞机需要耗费很大的能量以达到起飞速度。然后依靠发动机产生的推力而进行飞行。一个波音747 从北京飞到纽约，大概要耗费200吨的航空煤油。在石油价格飞涨的今天，其操作成本是非常高的。这也是为什么“可变翼飞机” 呼之欲出的原因。

所谓可变翼飞机，是正在发展研制中的一种新型飞机。其设计思想和现在的固定翼飞机有着本质区别。它不是依靠发动机的推力，而是通过仿生，学习鸟类的飞翔原理，来实现飞行。大家都知道，鸟类并不需要凭借4台涡轮机的百万马力来推动，而仅仅靠几粒粮食，就能从南飞到北，横跨美洲，自由的飞翔。这种高效的飞行，正是“可变翼飞机” 所要模拟的。

现在的可变翼飞机，基本上是遵循两条设计路线，一条是 Lockheed-Martin 的“苍鹰” 方案 。“苍鹰”飞机的翅膀做得很大，但扇动频率很低，同老鹰的飞行类似。这种设计的好处是飞机载重量比较大、能耗很低。对机翼柔韧性的要求也不是很高。技术上的困难是，在保持机翼柔韧性的同时，如何把机翼做得很大而且坚硬。一般的金属合金(比如钛钢)虽然很坚固，但柔韧性不足，根本不能扇动。别说作飞机翅膀，就是人们夏天用的扇子，也没有用合金钢做的么！而一般的高分子合成材料(比如橡胶)则正相反，很柔韧，却硬度不够。比如人们常使用的避孕套，就是高分子材料，它很有伸缩性，却很少出现割伤阴茎、撮坏阴道的问题嘛！现在能够制造“苍鹰” 可变式飞机机翼的一个很有前途的材料是生物高分子：就是把生物体内的脱氧核糖核酸 (D eoxyribonucleic acid ， DNA) 提取出来，经过高温、高压处理，做成机翼。DNA是生物遗传大分子，人类遗传全都依靠它了，几千几万年都不会变，可见它很坚固；DNA也可以变异，比如外嫁的中国女人可以和Caucasian白人生出后代，这就反映了DNA的柔韧性。因此，用DNA作机翼的一个最大好处就是，它兼备优异的柔韧性和坚固性。由于生物上PCR ( Polymerase chain reaction ) 技术的研制成功， DNA可以很容易的、如喂猪似的大量生产，这就使低成本的制造DNA机翼成为可能。但应用DNA制造“苍鹰”机翼，有一个最大Problem，就是它的旋光性问题。学习生物的人都知道，所有生物的DNA染色体呈双螺旋结构，但都是从左向右旋转；地球上没有一个生物的DNA是从右往左转的。由于这种生物的独特性，用DNA做成的机翼只能向一个方向扇动，而不能往复来。也就是说，乘坐“苍鹰” 式可变翼飞机，旅客可以从旧金山横飞美洲到纽约；但若想回来，则只能从纽约经伦敦、大马士革、香港、檀香山，然后才能到旧金山。这样绕地球一圈下来，就没有经济上、时间上的BENEFIT了。现在湾区很多的生物技术公司，比如【基因技术股份有限公司】(Genetech Inc.) ，都在从事开发“从右向左转的DNA”。如果能成功，无疑是人类文明史上的一次飞跃。

另外一类可变翼飞机是 Northrop Grumman-Boeing 合作提出的“蜂鸟” 设计，这类飞机因模仿蜂鸟而得名。它的机翼很小，但扇动的频率却很高，为了达到载人的目的，专家估计机翼需要至少每秒振动扭曲10万次。近年来科学研究很火爆的纳米材料，就提供一个解决方案。纳米材料很结实，有人做过实验，放在嘎杩光的超强照射下，纳米材料能够以10的10次方速度振动20000小时，物理化学性质依然不变。这说明纳米材料本身是足以用在“蜂鸟”飞机上的。由于一纳米只有一米的10万万分之一长，用X-RAY显微镜才可以观测到，所以在“蜂鸟” 飞机中使用纳米材料的一个关键问题不是纳米材料本身，而是如何把这些纳米材料连结在一起。向纳米材料里倒一坨浆糊，搅和搅和，自然是不行的。物理学上最近提出的超弦理论(The String Theory)，就很Promising。我们知道，任何物质在超高温超高压环境下，都会被挤出一种科学上称作中微子的东西，中微子的质量为零，形状有些象精子，前部有个头，后面拖拉个很长的尾巴。但同精子比，中微子的头更小，直径只有一米的一万亿分之一，尾巴却更长，最新的研究发现，从太阳出来的一个中微子，其头部到了地球，尾巴却仍在太阳的内核。中微子的尾巴十分坚硬，即使太阳内部的高温高压，地球的南北极磁场也不能折断这个尾巴。所以，如果能用中微子这根带长线的针把纳米材料一个个串起来，无疑是制造“蜂鸟” 机翼的一种很诱人途径。自从上个世纪90年代有人提出设想后，现在科学家们已经可以用中微子把几十亿个纳米材料串在一起。但瓶颈问题是，如何在中微子穿过众多纳米材料后，把中微子的头和尾巴系在一起？这和小孩子串青豌豆作项链一个道理：如果不能形成一个环状结构，串在中微子上的纳米材料就会脱落掉！“弦理论 猜想” 预 言，在四 维空间，中微子的头和尾巴会合并，形成同一个点，这个点在科学上被称作奇点。 最近俄国人PERELMAN得菲尔兹 奖，就是因为他证明了中微子的头尾“封闭性” 问题。所以说，“蜂鸟” 机翼的理论已经很成熟了，如何在实验室、工厂做出来，只是个技术时间问题了。

“苍鹰” 式可 变翼飞机载重量大，能耗低，适合于长途客机。科学家估计，载400人的“苍鹰”飞机从北京飞到纽约，理论上只要一百斤兔子肉就可以了，这和现在波音747的200吨航空煤油比较，能源耗费可谓天壤之别了。而“蜂鸟” 式可变翼飞机则比较轻巧，操作灵活，很适合于家庭用。乘坐“蜂鸟” 可变飞机，人即使在WYOMING住，在旧金山工作，上班TRAVEL时间也仅仅10分钟。而且回家后，可以将飞机挂在阳台上，一点也不占空间。更重要的是，‘蜂鸟’ 飞机每天只要喂一把玉米粒，就可以畅通无阻了。
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