飞机机翼自诞生以来，历经百年演进，却始终维持着相对固定的形态。南京航空航天大学的一个研究团队正试图改变这一现状，他们研制出一种受马齿苋种皮启发的活性金属超材料，能让飞机机翼在飞行过程中像生物体一样自如变形。

发表在《国际极限制造杂志》上的最新论文显示，这种材料在断裂前可拉伸至原尺寸的38%，加热后能恢复超过96%的预设形状。

研究团队打造的原型机翼已顺利通过初步测试，可在-25度至25度的角度范围内实现平滑变形。接下来，他们计划在机翼上添加传感器和电子元件，让这种可变形机翼能够实时监测自身状态并主动调整形状。

材料科学的三重难题

开发可变形飞机材料并非易事，研究团队面临的是三重技术挑战。首先是材料选择的两难困境，聚合物材料虽然柔韧但强度不足，无法承受高空飞行的空气动力载荷。传统金属虽然强度足够，但缺乏变形能力。被动式机械结构虽能实现一定程度的变形，但往往笨重且无法实时响应。

南航团队选择了镍钛形状记忆合金作为突破口。这种材料具有独特的形状记忆效应和超弹性，受热时能够自动恢复到预设形状。然而，如何将这种材料精准雕琢成复杂的三维结构，却构成了第二重挑战。

激光粉末床熔融技术（LPBF）通过逐层熔化金属粉末，构建出传统工艺无法实现的复杂结构，为解决制造难题提供了可能。这种技术不仅具有高精度，而且在金属成型过程中表现出快速、高精度和材料利用率高等优势。例如，雷尼绍公司推出的TEMPUS技术，通过边铺粉边激光熔融，大幅提高了金属3D打印速度，同时保证了零件质量。此外，通过优化金属粉末的表征、制备和再利用，研究人员已经能够制造出无缺陷的金属零件，进一步推动了LPBF技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域的应用。正如南京航空航天大学的研究团队所展示的，通过激光粉末熔融技术制造出尺寸仅为0.3毫米的微小波浪状结构，这些微观结构是材料变形能力的关键。

第三重挑战，则在于如何兼顾柔韧性与耐久性。航空材料不仅要承受巨大的空气动力载荷，还要经受成千上万次的循环变形而不出现疲劳失效。这对材料微观结构的设计，提出了严苛的要求。

马齿苋的智慧

研究团队的灵感来源颇为意外，并非来自鸟类翅膀，而是来自一种常见的多肉植物马齿苋的种皮。这种植物种皮表面的细胞具有独特的波浪状界面结构。

这种生物结构的精妙之处，在于它能有效分散并扩展表面压力。当种皮遭遇外力时，波浪状界面能将应力均匀铺展，防止因应力集中而引发的破裂。这种天然的力学优化方案，历经数百万年的进化洗礼，其可靠性不言而喻。

研究团队巧妙地将马齿苋种皮的天然纹理，转化为金属网状蜂窝结构。通过计算机辅助设计和拓扑优化，他们在金属材料中复制了这种波浪状界面的力学特性。最终得到的结构既保持了金属的高强度，又获得了类似生物组织的柔韧性。

这种仿生设计方法在航空航天领域正变得越来越重要。自然界经过亿万年进化形成的结构往往代表着某种最优解，将这些智慧应用到工程实践中，能够大幅提升人造系统的性能。

变形机翼的全球竞赛

南航团队的突破并非孤立事件，变形机翼技术已成为全球航空航天领域的研究热点。美国NASA早在多年前就启动了相关项目，探索通过主动控制策略实现机翼变形，类似于高端降噪耳机的工作原理。

空客的UpNext项目组正在“奖状”Ⅶ试验台上测试变形eXtra Performance机翼。这种技术旨在通过改变机翼形状来优化不同飞行阶段的气动性能，从而提升燃油效率和飞行性能。

波音和空客自20世纪80年代以来就在研究襟翼间交联系统等相关技术。虽然当前的商用飞机仍使用传统的襟翼和副翼系统，但变形机翼技术有望在未来十年内实现商业化应用。

中国在这一领域也有深厚积累。南京航空航天大学等机构多年来持续开展形状记忆合金驱动的变体机翼研究，在理论分析和风洞试验方面都取得了显著成果。多项专利显示，中国研究者在SMA驱动器布局、可变形机翼结构设计等方面形成了自主创新成果。

根据行业调研，2024年全球机翼市场规模大约为10290百万美元，预计未来六年年复合增长率CAGR为3.9%，到2031年将达到13360百万美元。全球商用飞机机翼市场规模在2023年达到463.2亿美元，预计到2032年将以7.34%的复合年增长率增长至816.4亿美元。变形机翼技术的成熟将为这一庞大市场带来革命性变化。

从实验室到蓝天

尽管取得了重要进展，但变形机翼技术离大规模应用仍有距离。当前，原型系统主要验证了材料的可行性，若要真正应用于飞机，还需解决一系列工程问题。

首先是控制系统的开发。变形机翼需要根据飞行状态实时调整形状，这要求传感器、控制器和执行机构高度集成。如何在极端温度、振动以及电磁环境下确保系统可靠运行，是巨大的挑战。

其次是适航认证。任何新技术若要应用于民用航空领域，都必须通过严格的安全验证。变形机翼涉及结构强度、疲劳寿命、失效模式等多个方面，每一项都需要大量试验数据支撑。

再次是成本效益分析。尽管变形机翼能够提升气动性能，然而其研发、制造及维护成本也会相应提高。只有当性能收益足以抵消额外成本时，航空公司才会有动力采用新技术。

镍钛记忆合金在2025年的增材制造技术方面取得了突破性进展，激光粉末床熔融技术已能够精准控制成分和复杂几何形状。这些工艺进步为变形机翼的产业化奠定了基础。
南航研究团队表示，下一步将重点开发智能控制系统，使变形机翼能够像生物体一样在飞行中自如变形，并实时监测自身状态，主动调整形状。如果一切顺利，这种技术可能在5到10年内应用于无人机，并最终走向载人飞机。

从多肉植物的种皮到高科技的飞机机翼，这是一次跨越生物与工程边界的创新。当材料科学遇到仿生学，当3D打印遇到形状记忆合金，人类正在创造出前所未有的飞行器。未来的天空，或许将由这些能够自如变形的机翼主宰。

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