什么是扑翼机?扑翼机ornithopter是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空器,又称振翼机。扑动的机翼不仅产生升力,还产生向前的推动力。
图 “破茧”柔性翼两栖飞行器
目前为止,实用的扑翼机并没有真正制造出来。这是为什么呢?其实不要说扑翼机、飞机,就是人真的像童话里描述的那样插上翅膀,也不一定能飞。达·芬奇曾从飞禽的解剖中发现:鸟的臂肌相当有力,而人的臂肌却显得太“苍白无力”了。再说,人即使能像鸟那么快地搧动翅膀,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。有统计表明,人即使装上一副约 10斤重的翅膀,它所发挥的功用,还不到小小鸽子的1/10~1/4。——看来,人真是天生不会飞的。扑翼机兴许只是一种设想,虽然我们如今有好多的设计图,但要想真正变成现实,还要我们不断地努力。
图 “青燕”引射扑翼机
随着现代材料、动力、加工技术,特别是微机电技术(MEMS)的进步,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,但可以方便的实现悬停。
图 扑翼机工坊里的flying
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,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。现代扑翼的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。 以气动问题为例,微小型扑翼属于低雷诺数、非定常过程,如今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。
图 日本研究人员制造木质扑翼机模仿蝴蝶飞行