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撲翼機(Flapping-wing airvehicle, FAV)是通過像鳥類和昆蟲一樣上下撲動自身翅膀而升空飛行的航空器,又稱振翼機、撲翼飛行器。作為一種仿生學的機械,撲翼機與它模仿的對象一樣,以機翼同時產生升力和推進力。但也由於升力和推進力由同一部件產生,涉及的工程力學空氣動力學問題非常複雜,其規律尚未被人類完全掌握。有實用價值的撲翼機至今尚未脫離研製階段,微型航空器是撲翼機最有可能實用化的領域。

撲翼機集仿生學、空氣動力學分析、機械結構分析、能源通信、控制等多學科交叉技術於一身, 有廣闊的發展前景。撲翼機自達芬奇起就有設計圖紙[1],但由於撲翼飛行系統複雜, 在20世紀70年代之後才出現較為系統的研究。其發展經歷了前期的低頻扇動大型載人撲翼機,到中頻扇動的仿撲翼機,再到現在比較流行的高頻扇動的昆蟲撲翼機(低雷諾數條件),理論建模也由開始的固定翼做正弦運動到後來複合翼的複雜運動逐步發展。

機翼形狀

根據撲翼機模仿的對象不同,它們的機翼形狀有的形似蝙蝠,具有薄膜狀的撲動翼。有的形似鳥類,具有帶縫隙和活門的撲動翼。有的則形似昆蟲,具有能高頻撲動的輕巧的硬質撲動翼。

蜂鳥飛行機器人(Nanohummingbird)

蜂鳥飛行機器人Nano hummingbird 是在美國國防高等研究計劃署(Defense Advanced ResearchProjects Agency, DARPA)資助下的納米飛行器(Nano air vehicle, NAV)項目成果[2]。項目從2005年開始啟動;2006年的第一代產品FP1實現了系統穩定但不能實現飛行, 2011年的Nano蜂鳥飛行器帶有攝像系統, 能實現傾斜、滾動和旋轉多維控制;撲翼機翅膀採用柔性膜, 結合計算、實驗、聲學等方法設計選型; 拍動結構設計則採用四連杆和繩結構;控制設計方面利用無尾控制方法,結合翅膀轉動和扭動實現姿態控制。與實際的蜂鳥相比,該系統推進效率較低,輸出推力較小導致續航能力較差, 翅膀幾何結構設計難以做到時變。實際應用中需要結合加速器、磁力儀、壓力傳感器等模塊以應對軍事等複雜的任務要求。

視頻

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參考文獻