随着未来十年空中交通量预计将大幅增加，减少噪音污染成为一项更为必要和艰巨的挑战。数十年的研究致力于降低飞机发动机的噪音，但往往忽视了机身在着陆过程中产生的噪音。最近的研究发表在飞机杂志来自德克萨斯A&M大学的研究人员提出，形状记忆合金可能是解决着陆时噪音污染的关键，而不降低机身本身的空气动力性能。
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航空发动机与声污染
尽管航空发动机的机械结构和组成复杂，但产生推进力却很简单。冷空气通过发动机进气口进入，然后通过压缩机加压，提高其温度使其可燃。然后，空气与燃料混合并点燃，进一步增加其内能，然后通过发动机涡轮再次膨胀，通过出口离开。能量差是由压缩引起的，而推力是由燃烧产生的。
三种主要的航空发动机（涡扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮喷气发动机）都有这一基本前提，尽管它们在进气方式、燃油效率和推力产生方面可能有所不同。一些发动机还具有混合器等附加部件，可将冷进气与热点火空气在排气口结合，从而提高效率。
在排气中混合空气，增加额外的部件，如主动噪声控制(ANC)，甚至发动机的几何形状，都是降低飞机发动机产生的噪音的方法。然而，这些方法不能完全降低噪音，在飞机着陆阶段对降低噪音几乎毫无作用。
着陆的问题
由于航空发动机通常处于闲置状态或在着陆过程中产生非常低的推力，发动机本身不再成为主要的噪声源，取而代之的是机身噪声。几十年来，与发动机相关的噪声污染一直被视为优先于机身噪声。因此，在发动机噪声降低到与机身噪声相同的水平之前，几乎没有进行过研究。
机身噪音最严重的两个问题区域是机翼和起落架。当起落架在着陆过程中从飞机上降下时，机翼的缝翼（前缘）和襟翼（后缘）通过在较低速度下提供相等的升力来扩展以便于着陆。飞机外形的这些变化改变了飞机周围的气流。空气进入延伸的襟翼和缝翼形成的真空状空间，形成湍流漩涡，然后产生共振并发出令人不快的高音噪音。
研究人员在考虑机身噪声问题时遇到了一个困难的决定。航空工程是一门复杂的科学，机身特性的微小变化会极大地影响其效率。亚博老虎机网登录虽然解决机身噪音是必要的，但必须对机身的空气动力学特性做出最小的改变。
形状记忆合金降低机身噪音
一种潜在的降低机身噪声污染的方法是在延伸前缘形成的空间内插入一个细长的“S”形填料。达伦·哈特尔博士和美国宇航局的多个合作者研究了这种薄膜，它将有效地阻止湍流空气的循环，阻止共振，从而停止它产生的不愉快的声音。然而，随后的研究发现，所有提议的材料在着陆期间都不能形成S形，然后在收缩缝翼内恢复到其原始形状，达到令人满意的程度。亚博网站下载
所用材料必须具有延展性，以便在着陆时充分形成S形，同时仍能承受高应力和循环疲劳。哈特尔的研究开始分析使用形状记忆合金作为填料来解决这些问题。
使用形状记忆合金意味着合金可以在每次着陆时改变形状。气流本身会改变合金的形状，优化其形状以减少噪音消除。
形状记忆合金及其在航空航天工程中的应用
形状记忆合金是指可以塑性变形，受热激活后恢复原状的材料;亚博网站下载原子结构仍保持原来的形状。如果结构承受剪切力，原子之间的连接方式与它们在高温阶段相同。当加热时，这些连接就会像在高温阶段一样变直，使组件恢复到最初的形式。
与其他传统金属相比，形状记忆合金在原子结构上的这种相似性是独一无二的。如果这些金属受到足够的力，就会发生滑移，原子晶体的一部分比晶体的其余部分变形更大。由于滑动而产生的变形在加热下不会逆转，就像形状记忆合金一样。
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镍钛诺是一种镍钛形状记忆合金，是最常见的形状记忆合金，也是航空航天工程中最有用的形状记忆合金。镍钛诺最著名的应用是它在好奇号探测器上的应用。最初，火星探测器的铝制轮子会因为火星的崎岖地形而受损。为了解决这个问题，美国宇航局用镍钛诺金属网代替了好奇号的轮子。它的超弹性特性意味着轮子可以在火星崎岖的地形上变形而不会造成永久性的损坏或变形。
形状记忆合金的其他应用已被提议用于固定翼飞机。研究了镍钛诺作为一种利用机翼形状恢复特性扭转机翼的方法。用来改变机翼升力分布的机翼扭转可以通过加热镍钛合金“扭矩管”来激活。不幸的是，目前的技术无法为全尺寸机翼提供足够的力量。
形状记忆合金的缺点及其在航空航天中的应用前景
形状记忆合金最明显的缺点是很难对其行为进行动态建模；当空气流过填料时，其形状会发生变化。气流的形状会发生改变，从而创建一个不一致的模型，即使使用流体动力学建模，也很难对其进行全面分析。
由于形状记忆合金是一种新型材料，对它的研究相对较少。然而，随着更多的探索发生，属性可以得到改进。也许在未来，镍钛合金“扭矩管”的强度可以提高到可以应用于航空航天工业的程度。
目前的S形填料设计是可以实现的，但体积庞大，可能很重。增加飞机重量是非常不可取的，因为这意味着必须减少有效载荷以满足其最大起飞重量（MTOW）。哈特尔建议，未来的研究可能会产生更小、不同的形状，能够消除噪音。
参考文献和进一步阅读
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亚博老虎机网登录科学日报。（2021）形状记忆合金可能有助于飞机在没有窥视的情况下着陆。[联机]可从以下网址获得：https://www.亚博老虎机网登录sciencedaily.com/releases/2021/07/210712183327.htm
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