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5～150分钟则约可发出0.4～0.6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.