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扑翼机技术概述

已有 2441 次阅读 2019-8-31 10:51 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦|关键词:学者| 扑翼机, 振翼机, 飞行器, 鸟类, 微型飞行器 |文章来源:转载

扑翼机技术概述

伍赛特

 

扑翼机又名振翼机。从古代起人类就从事模仿飞鸟的扑翼飞行。中国的西汉时期,曾有人用大鸟羽毛制成了两个特大的翅膀,然后该人扇动翅膀从高处飞下,结果飞了几百步远。15世纪,意大利的达,芬奇设计了一种像鸟一样扑翼的机械。机械装有翅膀,能用脚扑动,它也许就是现代扑翼机的前身。达·芬奇从飞禽的解剖中发现:鸟的臂肌相当有力,而人的臂肌不够强硬。人即使能像鸟一样快速扇动翅膀,他的血液供应也不够。换句话说,人的心脏跳动和代谢功能赶不上鸟。

经过长时期的试验,直到今天,人力的扑翼飞行还未能获得成功。原因是:人所能发出的动力太小,不足以支持本身的重量作长时间的飞行。这是一。据近年来的研究,自行车运动员冠军手足并用,在十分之一秒的很短时间内,大约能发出2马力的功率。  时间若延长到5150分钟则约可发出0.40.6马力。若长时间工作,其能发出的功率就更小,只有0.2马力。

另外,鸟类飞行时的翅膀的动作,并不是简单地向下扇扑,而要复杂得多,因此鸟翼产生力量的原因,也是比较复杂的。昆虫和蝙蝠的情况也是一样,所以制造一种能够象鸟翅那样运动的机翼是相当困难的、目前试验中的一些人力飞机,几乎都是固定机翼,而不是扑翼的。是否扑翼机就没有发展前途了呢?

据目前某些研究者说,情况并非如此。这是因为扑翼飞行有如下的优点:

1)扑翼飞行提升一定的重量所需的动力,要比普通定翼飞机小得多,只有它的三十分之一。

2)扑翼飞行可使飞机几乎能够垂直起飞。这对改进飞机的使用情况很有利。

3)扑翼飞行特别安全,而且易于垂直降落和滑翔。

4)扑翼飞行能在短瞬的时间内,产生巨大的举力;而且鸟翼能不断”弯曲”,使它同时具有“爬升”和“翱翔”的本领。

随着现代材料、动力、加工技术,特别是微机电技术(MEMS)的进步,人类已经能够制造出接近实用的扑翼飞行器。这些飞行器从原理上可以分为仿鸟扑翼和仿昆虫扑翼,以微小型无人扑翼为主,也有大型载人扑翼机试飞。仿鸟扑翼的扑动频率低,翼面积大,类似鸟类飞行,制造相对容易;仿昆虫扑翼扑动频率高,翼面积小,制造难度高,但可以方便地实现悬停。

现代扑翼虽然已经能够实现较好的飞行与控制,但距实用仍有一定差距,在近期内仍无法广泛应用,只能用在一些有特殊要求的任务中,例如城市反恐中的狭小空间侦查。

现代扑翼需要解决的主要问题,是气动效率低、动力及机构要求高、材料要求高、有效载荷小等。以气动问题为例,微小型扑翼属于低雷诺数、非定常过程,目前仍无法完全了解扑翼扑动过程中的流动模型和准确气动力变化,也没有完善的分析方法可以用于扑翼气动力计算,相关研究主要依赖试验。

 

参考文献

[1] 《新航空概论》编写组. 新航空概论[M]. 北京:航空工业出版社, 2010.04.




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2 杨正瓴 王安良

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