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蜻蜓: 飞行的王者, 科学家研究数十年, 一直吃不透关键技术!

时间:2022-06-09 15:51栏目:新闻资讯 点击: 194 次

自从人类诞生以来,看到空中的飞鸟无视地形高速翱翔,会容易让人羡慕:要是我也能飞就好了,这种愿望,持续数千年,最终在20世纪初,达到了史无前例的突破,通过观察鸟类飞行,以及鸟类翅膀构造,莱特兄弟成功发明飞机,从此实现了人类的梦想,从此以后,人类不断在高度速度载重航程挑战自我,将鸟类远远甩到身后。

除了鸟类,人类还模仿昆虫的垂直起降和悬停,发明了直升机,从此,人类在技术上完全做到了自由飞行,某些人就此断言,鸟类和昆虫不再对人有任何启发!事实真的如此吗?

回答是完全否定的,就尺寸和重量而言,人造飞行器远超鸟类和昆虫,但是在飞行特性上,人类飞机仍然算是不折不扣的弱鸡,和鸟类昆虫相比,就是简单粗糙效能低下的油老虎,尤其和蜻蜓相比,人家任何先进飞行器,几乎像弱智一般。

从飞行效率来说,人类飞机比不上鸟类,更比不上蜻蜓

在鸟类和昆虫界,蜻蜓算是一个一种超级无敌的存在,堪称飞行大师,简单来说就是,蜻蜓兼备了高速飞行性能,而且机动性非常好,可以快速改变高度和方向,类似性能在人类战斗机上可以看到,但是蜻蜓还有更强悍的功能,可以在某个高度缓慢滑翔,而且也可以悬停在空中,这就让人类设计师直接跪下。

这还不是最强,蜻蜓虽然是生物界比较小尺寸的品种,但是还可以实行倒飞,侧飞,甚至可以做到直上直下的机动,这还不是大事,更让人吃惊的是,一对蜻蜓交尾时,双方还可以相互配合高速飞行,垂直起降悬停都毫无问题,这种技能,让全世界的飞机设计师简直无语,假如能实现的话,人类编队飞行,空中输送油料,弹药,甚至飞行员,将不成问题,甚至可以空中维修飞行机,假如能做到的话,这又是飞机的另外一重天地。

蜻蜓别扭姿势交尾,还可以快速协作飞行,虽然机动性稍差,但是还是相当灵活

科学家研究蜻蜓几十年,他们发现蜻蜓有很多奥秘,其中一个是蜻蜓能高效利用非定常涡流,常规人类飞行器,巡航时候机翼基本都固定的,迎角大多在0-5度,但是蜻蜓翅膀一直是不停运动的,大约每秒却可振动30一50次,振动也很特殊,不仅仅绕着根部前后运动,而且还围绕根部不停做旋转,不断调节翅膀和气流的相对角度,而人类就做到了前者,而且是很粗糙简单:改变机翼后掠角,巡航阶段经常是固定到一个角度就锁死不动。

蜻蜓这种特殊性能,让科学家惊叹,大家都知道,常规机翼大多在20度迎角就开始失速,升力大幅度下降,但是蜻蜓最大迎角超过40度,而且可以反复利用非定常的涡流增加升力,不存在失速和失控的风险,科学家几十年努力,希望掌握这种技术,未来将可以将飞机巡航效率提高一倍甚至更多。

最近些年,飞机设计师的一个方向是,仿照鸟类或者昆虫扑翼,蜻蜓就是其中重点

蜻蜓还有很多不解之谜,有两对串列翅膀,每对翅膀的其中一个都可以独自操作,通过精密的神经系统控制,可以做到自由飞行,不仅可以向前飞,也可以快速转向,而且可以产生直接上下的运动,不需要人类笨重的喷气设备,仅仅通过轻盈的翅膀运动,前后两对翅膀如何工作能达到如此完美飞行效果,现在还没有完全清楚。

飞机设计师看蜻蜓,飞行性能基本无敌,但是用在大型飞机上却存在很多障碍,包括人类难于实现大型可变机翼高速振动,不仅仅两个方向的耦合动作,而且还包括了前后机翼气动影响,以及单独产生垂直向上向下的升力,不管是气动控制原理,还是机构设计,材料研制都存在巨大的难度。

蜻蜓作为飞行器,具备了高速高效率巡航,高机动,垂直起降和悬停,以及突然垂直机动,这是所有设计师梦寐以求的功能,迄今为止,仅仅实现了一小部分,全世界对蜻蜓的研究,也进入一个新阶段,不断有新型产品问世。


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