- 新型材料透過微觀振動減少航空器的空氣阻力。
- 聲子次表面結構能吸收氣流能量並產生微小振動。
- 新技術有潛力大幅降低航空業的碳排放與營運成本。
- 研究團隊正進行電腦模擬，並計劃進行風洞測試。
美國科羅拉多大學波德分校（University of Colorado Boulder）的一項研究提出，透過改良航空器蒙皮底下的合成材料，利用微觀振動從源頭中和湍流，從而減少空氣阻力與碳排放。研究團隊指出，這項技術有望為商業航空公司及高速飛行器帶來顯著的燃料節省。
傳統減少飛機阻力的方式主要集中於改變機身外形，但新研究顯示，調整蒙皮下方材料的特性同樣有效。航空工程師於蒙皮下層引入「聲子次表面」（phononic subsurfaces）結構，透過吸收氣流能量並產生反相位的微小振動，平滑流過機體表面的氣流，整個過程毋須重型摩打或複雜的活動部件即可被動完成。
新技術的運作原理
湍流邊界層對飛行的影響十分顯著。當飛機以時速約 640 英里（即約 1,030 公里）飛行時，空氣猛烈衝擊機體表面，形成湍流邊界層，迫使引擎消耗更多燃料。新技術若能有效抑制這類湍流，可協助商業航空大幅降低碳排放，並節省營運成本。
研究負責人、機械工程系教授 Mahmoud I. Hussein 表示，自航空時代開始以來，控制阻力的主流方式僅限於改變飛行器外形，而新概念則是利用能夠與氣流動態互動的材料，以前所未有的方式提升飛行器性能。
聲子（phonons）是指被困於物質物理結構內的微小、亞原子尺度振動。Hussein 於約十年前率先提出「聲子次表面」（PSubs）概念，此後團隊一直進行改良。早期的次表面原型僅能針對單一、精確的振動頻率，對現實中混亂的湍流頻譜效果有限。
突破性技術的發展
團隊在《Physical Review X》及《Proceedings of the Royal Society A》發表的兩篇論文中，分別引入「超級共振」（super-resonance）及「無散射干涉」（scatterless interference）兩項突破。前者透過將次表面結構捲繞成線圈形態，拓寬可吸收的振動頻率範圍；後者則利用策略性的網格排列，抑制下游大面積區域（例如機翼與機身）的湍流。
博士研究生、合著者 Adam Harris 解釋，無散射干涉提供方法去衰減 PSub 下游不穩定場的空間行為，而超級共振則拓寬控制技術可運作的頻率範圍，兩者結合使原始的 PSub 概念更接近實際複雜氣流環境所需的多功能性。
未來應用與測試
研究團隊強調，現階段技術仍處於電腦模擬階段。然而，全球多個研究小組已開始製作實體原型，並準備展開風洞測試以驗證實際效果。除航空領域外，研究人員預期超級共振及無散射干涉技術亦可應用於船舶船體、商業管道及渦輪機械，進一步提升能源效率。
隨着氣候變化導致嚴重湍流在 2023 年研究顯示自 1979 年以來增加達 55%，減少航空燃料消耗的技術需求日趨迫切。橫跨美國本土的單次航班平均消耗逾 10,000 加侖燃料，新技術一旦成熟，預期可為航空業節省數以十億美元計的開支。
新技術對航空業的潛在影響
隨著氣候變化加劇，航空業對減少燃料消耗的需求愈加迫切。新型材料透過微觀震動技術，能有效降低航空器的空氣阻力，從而減少碳排放。這項技術不僅能為商業航空公司帶來顯著的燃料節省，還可能推動其他領域的能源效率提升。研究團隊正在進行電腦模擬，未來的風洞測試將是驗證其實際應用的關鍵步驟，若成功，將對航空業產生深遠影響。