在繁忙的机场附近安家当然有它的好处。它离很多场所都很近，也减轻了在无尽的车流中费力赶飞机的问题。但这是要付出代价的——忍受商用飞机在降落和起飞时的刺耳声音。
德克萨斯A&M大学的研究人员进行了一项计算研究，验证了使用形状记忆合金来减少飞机降落时产生的令人不快的噪音。他们指出，这些材料可以作为被动的、无缝的填充物插入飞机机翼中，在下降过程中自动展开到完美的位置。
“当飞机着陆时，发动机的油门会大大降低，所以非常安静。任何其他噪声源，比如机翼发出的噪音，对地面上的人来说都是相当明显的，”航空航天工程系助理教授达伦·哈特尔博士说。“我们希望创造的结构不会改变飞机的飞行特性，但会大大减少噪音问题。”
研究人员在《科学》杂志上描述了他们的发现飞机杂志。
飞机噪音一直是一个持续存在的公共卫生问题。飞机在着陆过程中会产生高达75-80分贝的噪音，长期下来会对听力造成损害。例如，研究表明，与那些不住在机场附近的人相比，暴露在持续飞机噪音下的人可能会睡眠紊乱，患中风和心脏病的风险也会增加。
飞机在上升和下降过程中的噪声源不同。在起飞过程中，发动机是噪音的主要来源。另一方面，当飞机减速着陆时，发动机不需要产生动力，大部分时间处于空转状态。此时，机翼开始自我调整，使飞机减速，为着陆做准备。类似于百叶窗的开口，机翼的前缘与主体分离。这种变化导致空气涌入所创造的空间，剧烈地旋转并产生噪音。
哈特尔说:“这个想法类似于笛子发出声音的方式。”当吹笛子时，吹过孔洞的空气开始绕着孔洞旋转，孔洞的大小、长度和我盖孔洞的方式，产生一定频率的共振声音。同样，在机翼前缘和主翼之间形成的凹处循环空气会产生共鸣，产生尖锐而令人不快的噪音。”
哈特尔在美国国家航空航天局的合作者早期的研究表明，在这个小洞里，用填充物作为一个细长的“S”形状的膜，可以绕过引起噪音的空气循环，从而减少刺耳的声音。然而，缺乏对候选材料的系统分析，这些材料可以在下降过程中假设所需的s形几何形状，然后在着陆后退回到机翼的前缘。
为了解决这个问题，研究人员进行了全面的模拟，以研究由形状记忆合金制成的膜是否可以来回移动，每次着陆时都改变形状。他们的分析考虑了几何形状、形状记忆合金的弹性特性以及下降过程中材料周围空气的空气动力学流动。作为对比，研究人员还模拟了由碳纤维增强聚合物复合材料制成的膜在相同气流条件下的运动。
哈特尔说，这些类型的模拟计算成本很高，因为在分析材料的空气诱导运动时，必须对保形材料周围的空气流动进行建模。
“每当空气对材料施加压力时，材料就会移动。每次材料移动时，周围的空气也会以不同的方式移动。”“所以，气流的行为改变了结构，而结构的运动改变了气流。”
因此，在正确模拟材料的运动之前，研究小组必须进行数百到数千次的计算。当他们分析模拟结果时，他们发现形状记忆合金和复合材料都可以改变形状以减少空气循环，从而降低噪音。然而，研究人员还发现，这种复合材料有一个非常窄的设计窗口，可以消除噪音。
下一步，哈特尔和他的团队计划用实验来验证他们的模拟结果。在这些测试中，研究人员将把带有形状记忆合金填充物的按比例缩小的飞机机翼模型放入风洞中。目的是检查填充物是否可以部署成正确的形状，并在接近现实世界的情况下减少噪音。
“我们也想做得更好，”哈特尔说。“我们也许能够创造出更小的结构来减少噪音，而不需要s形结构，因为s形结构实际上相当大，而且可能很重。”
这项研究的其他贡献者包括英国布里斯托尔大学的Gaetano Arena博士、Rainer Groh博士和Alberto Pirrer博士;来自弗吉尼亚州NASA兰利研究中心的特拉维斯·特纳博士;现任ATA Engineering, Inc.的William Scholten。
这项研究是由工程和物理科学研究委员会、皇家工程院和美国宇航局兰利研究中心资助的。