弹性机翼除了可以有效地降低飞机噪声和油耗，也更结实可靠。

100年前，第一批航空业的先驱者发现了带有襟翼的刚性飞机机翼可以有效地增加升力，从而将飞机送上天空，这是人类历史上值得铭记的伟大进步，同时也开启了交通运输业的新时代。飞机和基于这个发现扩展出航空产业，是目前世界上最大规模的产业之一，整个航空运输业每年的营收甚至超过7000亿美金。

然而，在商业航空运输的运营成本中，燃油费用占据了整整四分之一，使这一行业利润微薄。尽管营收金额巨大，但每年实际利润却只有390亿美金左右。现代飞机的机翼和发动机技术已经非常成熟，要想在这两个方面提高效能来节省开支，难度可想而知。

还好，我们有另一个办法，在飞行的过程中改变机翼的形状。几十年来，航空公司、高等院校和国防军事科技实验室的工程师、科学家们都在研究可弯折的飞机机翼，他们的目标是制造出可以根据飞行环境的变化快速且精确地调整自身形状的机翼，从而提高飞机的燃油效率。利用这些新型机翼，飞机设计师可以使他们的飞机在不同的飞行速度、飞行高度、大气温度和其他飞行条件下得到更高的升阻比，即提高飞机的气动效率（aerodynamic efficiency）。

虽然这是当代的研究项目，但在历史上也有类似的先例。1905年，Orville Wright（莱特兄弟中的弟弟）驾驶着他们兄弟俩发明的飞机飞上了天空，他操纵飞机的方式，是头朝下俯卧于安装在飞机机翼上的马鞍上的，通过连接在臀部的摇架来牵动与机翼相连的缆线，使由织布和木质支架构成的机翼发生弯曲，从而改变飞行方向。不久之后，随着飞机重量的增加，工程师们采用刚性的机翼替代织布制成的柔性机翼，利用襟翼和副翼来控制飞行方向，而是这种材料几乎无法灵活变形。

【图注】在未来，可变形的机翼可以根据不同的飞行环境，调节飞机的升阻比（lift-to-drag ratio），同时，可控的柔性机翼表面将会在未来3年内进行现代商用化测试。

数十年之后，在二十世纪八十年代中期，美国空军试验了波音公司制造的安装在F-111战机上的多任务自适应机翼（Mission Adaptive Wing）。自动控制系统根据飞行环境和特定要求改变机翼表面薄膜材料的形状，从而调节机翼的弧度，可以在超音速飞行中将空气阻力降低20%。但是，这种技术增添的重量和能耗使得飞机的总能耗增加了。从1996年到2005年，美国空军和NASA合作开发了一种主动气动弹性机翼，它利用飞行过程中机翼周围的气流使得机翼自主发生弯曲，可以在高速飞行中更好地控制侧滚。但是这种技术只是针对战斗机的，因此项目最终失去了各方的支持。

自此之后，柔性机翼的概念逐渐成熟。我们在最近的试验中成功研制出了一种可变形机翼表面材料，利用这种技术，将湾流III喷气式客机上带有襟翼的机翼替换为可变形机翼，可以有效降低空气阻力，使燃油效率提升12%。在飞行试验中，可变形的机翼表面通过调节机翼后缘的弧度，实现最高的升阻比，而目前飞机机翼上的襟翼，只在起飞和降落时分别提高升力和阻力。除了可以节省燃油，NASA和其他研究人员的结果也显示，这样可变形的表面还能降低飞机降落过程中产生的噪声，减少飞行过程中的颠簸。

【图注】NASA和美国空军改装翻新了这架带有FlexFoil可变形机翼的湾流III喷气式飞机，从2004年起，NASA位于加州Edwards的阿姆斯特朗飞行研究中心（Armstrong FlightResearch Center）对这种方案进行了22次飞行试验。

飞机机翼后缘的可变形表面有助于提高燃油效率、降低噪声并减少飞行中的颠簸。这样的可变形表面可以完全替代传统机翼上的襟翼，在全新设计制造的飞机上使用，当然，也能用于改造正在使用的商用飞机。

柔性机翼解决了固定刚性机翼不能解决的问题。飞机在面对不同的飞行状况时，需要不同的升阻比。一般来说，飞行员的目标是尽可能地降低空气阻力来节省燃油，但是，飞机的机翼形状，包括相关的各种设计参数，只是在某一种特定飞行环境下能够实现最小阻力，这往往取决于在设计中所预计的飞机重量、飞行速度和高度，以及航程。而襟翼和其他控制部件只能在相对有限的角度内进行调节，所能带来的改善比较有限。

与传统的机翼不同。表面可变形的机翼可以在更广的范围改变机翼的形状，从而在更多的飞行环境中实现最低的空气阻力，这在商用航空中从来没有实现过的。针对这项技术的最新研究成果，我们将会通过改装和翻新应用在目前正在使用的飞机的机翼后缘、与襟翼共同工作，或者是直接替代襟翼。如果一切顺利，我们将在一架民航客机上试验这一技术，时间就在三年以内。

最初激发我们想到柔性机翼的，是上世纪90年代初期的一次经历，那是一个雨天，我刚好驾车外出，发现雨刮器的形状并不与弧形的挡风玻璃相贴合。这让我意识到即使是在设计一个雨刮器时，设计人员也只是采用了直线设计，或者是将一段段的直线连接起来，组成一个近似的曲线。

【图注】高效飞行：在起飞过程中，FlexFoil机翼可以弯曲高达40度的角度来实现最大的升阻比。而在巡航阶段，这种机翼会逐渐地降低其弧度来节省燃料。当遇到湍流的时候，FlexFoil机翼可以迅速地弯折，改变形状来重新分配飞机的负载重量。比如说，在某种情况下，飞行控制系统会自动地抬升机翼的一侧同时拉低另一侧。

于是我开始考虑有哪些东西可以通过改变形状来提升效用。前不久，我刚好参与过一个关于飞机机翼设计的课题，我了解到，航空专业的设计师们通常预设飞机机翼不会形变。现在，如果这把这些机翼变成无缝衔接的可变形机翼，那将在多种飞行环境中提升燃油效率。

传统机翼一般由相对固定的刚性整体结构和一些可移动的控制部件组成，比如说襟翼、副翼和扰流板等。襟翼，是位于机翼后缘的镶板，通过改变其与机翼主体的角度，在起飞和降落这样的低速情况下提供额外的升力。副翼，位于机翼末端的后缘，两侧机翼各有一个，将一侧副翼抬升，将另一侧副翼拉低，就可以控制飞机作横滚转向。扰流板，位于机翼上方，竖起扰流板可以提供额外的阻力从而加速飞机的下降。

尽管这些控制部件工作良好，但是它们只能旋转不能改变形状，而且在之前的机型中，襟翼通常是不存在的，因为它们与机翼之间的连接存在很多缝隙，这会增加阻力。虽然一些现代新型客机允许飞行员在巡航阶段调整襟翼和副翼的角度来减小空气阻力，但是在更高的温度、高度和风速等条件下，飞行员依然无法利用传统机翼上的这些控制部件使他们驾驶的飞机达到最高的气动效率。这就像在骑车上山时设定了错误的档位，虽然依然可以到达目的地，但是多花费了不少力气。

一架能换挡的飞机，也就是可以根据不同飞行环境调整机翼表面形状来达到最佳升阻比的飞机。为了理解这一点，首先要明白飞机的升力从何而来。标准的飞机机翼，其上表面的弧度要大于下表面，因此当气流遇到机翼，更多的空气倾向于从下方通过，从而产生了升力。弯曲的上表面将空气引