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中國創造:循環撲翼式撲翼飛行器,撲翼機的未來!

時間:2017-05-08來源:互聯網 作者:編輯 點擊:
想要飛,我們首先要了解飛行的基本原理。 飛行的基本原理又分為兩個方面,一方面是宏觀的飛行原理,另一方面是微觀的飛行原理。 我們先說宏觀的飛行原理。 想要了解宏觀的飛行

  想要飛,我們首先要了解飛行的基本原理。

  飛行的基本原理又分為兩個方面,一方面是宏觀的飛行原理,另一方面是微觀的飛行原理。

  我們先說宏觀的飛行原理。

  想要了解宏觀的飛行原理,我們就要知道宏觀的撲翼飛行方式,而宏觀的飛行方式又分為兩種,第一種是往復式撲翼,另一種就是循環撲翼。而我們常見的則是往復式撲翼,我們就以往復式撲翼為例簡單介紹一下。

  首先,我們通過對大型鳥類,中型鳥類,小型鳥類,以及昆蟲類的飛行姿態進行觀察,發現完整的飛行分為三個部分,起飛,空中行進,降落。其中起飛的方式決定空中行進的特點,也決定了降落的方式。

  不同體積的飛行生物有不同的起飛方式,但是決定是否能起飛的自身條件主要有三個方面,一是翼的大小,二是翼是否具有流線型結構,三是撲翼的速度。

  以此我們觀察飛行生物發現大型鳥類,翼展面積非常大,翼的流線型結構非常明顯,撲翼的速度非常慢。中型鳥類滿足的特點是,翼展面積很較大,翼的流線型結構比較明顯,撲翼的速度較快。小型鳥類的滿足的特點是,翼展面積較小,翼的流線型結構比較明顯,撲翼的速度很快。昆蟲類的特點是,翼展面積非常小,翼幾乎沒有流線型結構,撲翼的速度非常快。

  通過觀察我們發現這三個條件中,翼的大小決定了翼的結構和撲翼的速度,如果翼展很大,那么翼就需要流線型的結構,并且需要低速撲翼來輔助起飛。如果翼展很小,那么翼的流線型結構就不再那么明顯,取而代之的就是需要高速的撲翼。

  知道了起飛的三個條件,接下來就是如何起飛。大型鳥類通過短時的較慢的撲翼獲取基礎的升力升空,通過改變翼的迎角獲得行進速度,通過獲取的行進速度和翼的流線型結構作用于空氣進而獲得進一步的升力。

  中型鳥類通過短時的較快的撲翼獲取基礎的升力升空,通過改變翼的迎角獲得前進速度,通過獲取的行進速度和翼的流線型結構作用于空氣進而獲得進一步的升力。

  小型鳥類通過短時的很快的撲翼獲取基礎的升力升空,通過改變翼的迎角獲得前進速度,通過獲取的行進速度和翼的流線型結構作用于空氣進而獲得進一步的升力。

  昆蟲類由于沒有翼沒有流線型結構,只能通過不停的非常快的撲翼獲取基礎的升力(也是唯一的主動升力來源)升空,通過改變翼的迎角可以前進甚至是后退,并且可以通過迎角和基礎升力的配合,可以實現空中懸停。

  綜上所述,大型鳥類的主要升力來源是行進速度和翼的流線型結構對空氣的作用(中性鳥類和小型鳥類次之)。反過來說也就是大型鳥類想要作用與空氣,需要足夠的速度和流線型結構的翼。根據這個原理我們制造出來了現有的固定翼飛機,可以實現長距離,快速的行動。也正是因為這個原理需要高速行進,所以現有固定翼飛機的靈活性大打折扣,而且對飛行環境要求較高,不利于低空飛行。根據昆蟲類的飛行原理,我們可以靈活飛行,降低對飛行環境的要求,甚至可以超低空飛行,但是基于種種原因,我們一直沒辦法制造出類似昆蟲翼的撲翼式飛行器。

  撲翼式飛行器一直沒有制造出來的幾個主要原因如下:

  首先就是大家所熟知的材料強度問題,往復式撲翼對翼所用材料強度的要求非常高。其次是撲翼的速度,在滿足材料強度的要求上,我門需要一套高速撲翼系統。第三是空氣動力學問題,現有的空氣動力學無法解釋撲翼的核心原理,以至于所有的撲翼設計都只有形沒有意,也就是只有外觀沒有核心原理。具體的問題分析如下:

  第一,材料強度的最主要問題就是類似金屬疲勞這方面的問題,但是往復式撲翼機最考驗的就是材料抗疲勞這方面的技術,但是材料的疲勞屬性是先天的,只要是材料就會有這方面的問題,即便當時沒有,但是用一段時間之后,一定會出現問題,也就是說往復式撲翼機的翼很可能會成為一種快速消耗品。

  

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  第二,當翼展足夠大時,撲翼的優勢就很小了,基本上可以直接考慮采用固定翼,而且當翼展越大,對翼的材料要求會更高,這個高可能是呈幾何級增長的。當翼展太小時,我們就不能采用固定翼了,這個時候撲翼的優勢就顯現出來了,不過想要獲得足夠的升力需要高速撲翼,但是撲翼的速度越快,依然會對翼的材料要求高,而且往復式撲翼本身的往復性就已經限制撲翼的速度,同時也限制了獲取升力的連續性。

  第三,我們現有的空氣動力學主要是固定翼的流線型結構在高速行進時與空氣的相互作用,這些知識根本無法解釋撲翼的空氣動力學原理,所以我們現在所做的很多都是純粹的仿生式撲翼。

  基于前兩個問題的分析,我們發現限制撲翼式飛行器發展的最主要問題不是撲翼,而是撲翼的方式,也即往復式撲翼。如果我們不采用往復式撲翼,會不會有新的突破呢。下面我們著重介紹一種新的撲翼方式,即循環撲翼,或者叫連續撲翼。

  

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  如圖所示,循環撲翼就是在一個轉動軸上邊有兩個單翼,轉動軸轉動時,外側的單翼會展開,內側的單翼會收起,而控制兩個單翼展開或者收起的就是轉動軸兩邊的斜面。

  這種設計的好處是,翼面不需要做的太大,從而降低材料強度,循環撲翼沒有往復性,所以所需的材料強度被進一步的降低,也正因為沒有了往復性,撲翼的連續性大大提高了,也就是實現高速撲翼的技術難度大大降低了。

  綜上所述,我個人認為撲翼式飛行器的未來只能在循環撲翼這邊面找到突破。

  

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  基于這些理論的支持,我設計了一種循環撲翼類的撲翼式飛行器,目前已經通過實用新型專利申請,發明專利還在審核中,具體的設計可以看下實用新型的說明書附圖:

  

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  我本人也制作了一個模型,供大家鑒賞:

  

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  這只是一個可以實現高速循環撲翼系統,具體的飛控系統還沒有。

  

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  如果要裝上飛控系統,那么這個模型的整體構造都要重新設計。

  

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  如果有興趣的朋友能看懂這個設計,并且有條件制作出來的話,我希望循環撲翼飛行器能早點飛起來。

  

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  在這個構造中,兩個單翼的左側和右側是一體的,但是有一個夾角,所以才能實現一個單翼收縮的時候,另一個單翼展開。

  

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  除此之外,最關鍵的部分就是核心原理部分,暫時還有所保留。

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