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撲翼飛機
來源:互聯網

撲翼飛機(ornithopter),是1485年,列奧納多·達·芬奇根據對鳥類的觀察和研究,設計了撲翼機。

撲翼機是指機翼能像鳥和昆蟲翅膀那樣上下撲動的重于空氣的航空器,又稱振翼機。撲動的機翼不僅產生升力,還產生向前的推動力。中國春秋時期就有人試圖制造能飛的木鳥,15世紀初,意大利的達·芬奇繪制了世界上第一架按技術規程設計的撲翼機草圖。1930年,一架意大利的撲翼機模型進行過試飛,它重約22.7公斤,裝有一臺0.37千瓦(0.5馬力)的發動機。此后出現過多種撲翼機的設計方案,但由于控制技術、材料和結構方面的問題一直未能解決,撲翼機仍停留在模型制作和設想階段。

撲翼機正在向微型化、昆蟲式發展。比如德國著名工業自動化公司費斯通在2012年推出了仿普通海鷗撲翼空中機器人SmartBird,加州理工學院研制了一款仿蝙蝠撲翼空中機器人BatBot等。

背景

不過,最近加拿大和美國的科學家成功研制出“撲翼飛機”。第一架盤旋式“撲翼飛機”

處女航

一架名叫“門特”的“撲翼飛機”起勁地扇動著雙翼,像一只差翅亞目飛向多倫多研究中心的天棚。一名帶著眼鏡的年輕人小心翼翼地用遙控器的操縱桿控制著空中的“撲翼飛機”。“門特”開始在空中盤旋。突然,機翼震動的聲音被雷鳴般的掌聲所淹沒。

這是“門特”的處女航,它標志著人們在尋求建造“撲翼飛機”方面邁出了具有里程碑意義的一步。“撲翼飛機”是由撲翼(可以活動的翅膀或稱機翼)驅動,它其實是一個可以拍打自身機翼的飛行機器人。“門特”是由多倫多空間研究院和位于加州門洛公園的一家非盈利性研發公司“SRI國際”共同研制的,它是世界上第一架盤旋式撲翼飛機。

設計

設計“門特”的技師受了“墻上飛行間諜”的啟發而產生研制“撲翼飛機”的念頭的。1997年,美國國防高級研究設計局的詹姆斯·麥米克爾首先提出的“墻上飛行間諜”這一概念。他設計了一個代號為“空中微型交通工具”,這種工具只有昆蟲大小,但具有昆蟲的飛行能力,能夠飛到敵人搜集敵人所在地區的情報。

撲動的機翼比美國軍隊在阿富汗戰爭、伊拉克戰爭中使用的無人偵察機的固定式機翼更具優勢。撲翼可以使飛機像昆蟲和鳥類那樣低速飛行、盤旋、急轉彎甚至倒飛,撲翼機在低速飛行時所需的功率比普通飛機小得多,并具有優異的垂直起落能力。撲翼下面可以產生一種渦流,這是“撲翼飛機”飛行的必要助推力。“撲翼飛機”就是通過自身機翼的扇動產生的上下大氣壓而飛行的。

五角大樓支持

五角大樓的陸軍研究局和海軍研究局都表示對該計劃表示支持,并將其列入2004年資助名單中。美國航空航天局(NASA)對“受生物啟發的飛行”非常感興趣,因為他們可以將這種技術用于行星探索。今年7月,美國宇航局還就此課題在美國弗吉尼亞州漢普頓蘭利研究中心舉行過專門的會議。

需要解決問題

現代撲翼雖然已經能夠實現較好的飛行與控制,但距實用仍有一定差距,仍無法廣泛應用,只能用在一些有特殊要求的任務中,例如城市反恐中的狹小空間偵查;“撲翼飛機”要真正派上用場,還得過幾道“技術關”。首先,研究人員必須使飛機上安裝的人造肌肉產生翅膀運動。其次,研究人員還必須使飛機能夠從盤旋慢慢過渡到水平飛行狀態。第三,原型機耗能過大,飛行時間過短。“不用說到達火星,哪怕連一個小地方都飛不出去。”一位研究人員感嘆說。

最新研究進展

北京時間2024年7月31日晚,一項在線發表在國際學術雜志《自然》(Nature)上的最新研究,揭開了甲蟲“獨角仙”犀金龜的振翅和收翼之謎,并啟發了人們如何改進撲翼機。

人工動力飛機

2010年8月2日,加拿大航空工程師又發明了一種可以真正振翅飛翔的人工動力飛行器。這種飛行器被命名為“雪鳥”,是首架人工動力撲翼飛機,并首飛成功。

在飛行過程中,它保持一定的高度和空速共飛行了19.3秒,飛行距離達到145米,平均速度大約為每小時25.6公里。

多倫多大學航空與航天工程學博士生托德-雷徹特是“雪鳥”撲翼飛機的主要研發者,也是“雪鳥”撲翼飛機的飛行員。雷徹特介紹說,“‘雪鳥’代表了一個古老的航空夢想。縱觀歷史,無數古人都曾夢想能夠像鳥類一樣,依靠自己的力量在天空中自由飛翔。也有成千上百人曾經真正努力嘗試過。”

值得注意的是,“雪鳥”撲翼飛機翼展長達32米,這一數據可以與“波音737”相媲美。不過,“雪鳥”的重量只有42.6公斤,甚至比一架典型的“波音-737”飛機上的所有枕頭重量總和都要輕。雷徹特介紹說,“‘雪鳥’的主體結構是由我們自己制造的碳化纖維管構成,因此它的強度和硬度恰好滿足需要。其余部分的材料僅僅是一些泡沫材料、輕質木材等,這些材料與人們通常制作小型飛機模型時所使用的材料差別并不大。”

參考資料 >

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