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中国大规模研制仿生机器人军事应用前景非常

2017-10-01 10:27

  五年前的第四届中国无人机大会展览会上,南京航空航天大学展出了一款仿鸟形状的“天鹰”仿生扑翼无人机,受到了的高度关注,如果这款无人机加入战场,伪

  五年前的第四届中国无人机大会展览会上,南京航空航天大学展出了一款仿鸟形状的“天鹰”仿生扑翼无人机,受到了的高度关注,如果这款无人机加入战场,伪装成鸟类在战区上空侦察、火力打击,谁又能准确辨识目标呢?而近年来,航空航天大学、西北工业大学近几年也不断传来喜讯,研发成功了微型昆虫无人机、小鸟无人机,这些无人机将给未来战场带来巨大的变化,也许未来战场上一群蜜蜂冲向你时候表示来临,却避无可避。

  这些仿鸟类无人机学名叫扑翼无人机,即模仿鸟类翅膀运动原理,通过上下扑动为飞行器提供动力的无人机,鸟类的扑动有四种形态:下扑阶段,翅膀从最高点下扑到最低点,翅膀保持展开姿态;折叠阶段,翅膀在最低点会有一个折叠姿态,有效展长减少;上扑阶段,折叠完成后,保持拱形,从最低点开始上扑;展平阶段,在最高点迅速展平,持续时间较短,重复第一阶段。

  这个飞行形态说明鸟类翅膀是柔性而非刚性的,为此,我国科学家提出了膜+杆柔性和刚性结制造扑翼的,通过这样的扑翼为机器鸟同时提供升力和推力,制作出了多款仿生扑翼无人机。按照类别分可分为仿昆虫扑翼类无人机、仿鹰扑翼类无人机、仿蜻蜓类扑翼无人机,这些无人机的工作原理和机翼设计都截然不同。

  仿昆虫类扑翼无人机模仿昆虫飞行模式,昆虫与鸟不同的是,出了上下运动外,还会采取第三维运动,即上下扑动、前后划动、沿翼展扭转运动,三种运动基本呈现8字形。为此,我国科学家设计了一种五杆五铰链的机构专门实现三维运动,并通过风洞试验,总结出了该扑翼无人机在飞行的各个阶段涡轮升力特征,为进一步理论研究和改进设立打下了基础。

  仿鹰类扑翼无人机模仿鹰的飞行模式,我国科学家们发现这类无人机的气动原理和飞机完全不同,飞机实施侧滑机动时可以通过副翼作动实现,而大型鸟类则是通过左右翼产生不同的气动力实现。目前全世界大多数鸟类无人机都采取对称上下扑动产生推力和升力,不能直接产生滚转力矩,如果使用方向舵偏转,会让飞行器容易产生侧滑,加大控制难度。为此,南航科学家采取了一种扑翼在扑动同时可以扭转的独特设计。通过大量的风洞试验表明,这种设计方法完全可以实现差动扭转,效果较好,成为国内首个突破该难题的单位,并在“中航国际无人机大赛”上获得最佳创意。

  仿蜻蜓类扑翼无人机是比较特殊的无人机,和很多昆虫类似的是,它们拥有两对扑翼,能快速起飞、均衡前飞,长时间悬停、实施超机动,甚至可以长时间保持不动滑翔很长的距离,南航科学家模仿该原理设计了一种不同轴曲柄摇杆双扑翼驱动装置,实现了前后翼的完全反对称扑动。通过大量的风洞试验,表明该设计达到了很好地稳定,减轻了上下震荡。

  南航为了设计出机器苍蝇、蜜蜂,还专门进行了仿昆虫智能材料微型无人机的设计,相对普通无人机,这类无人机震动频率高,飞行模式复杂,飞行更灵活。南航采取了哈佛大学设计的思并加以改进,基于压电材料研制出了一种“振翼机”,但由于外部电源太大,目前只实现了振动而不能飞行,由于这类无人机的内部构造、机械结构和驱动原理与普通无人机完全不同,发展必须依赖纳米技术,因此也被称为纳米飞行器,目前南航已经和中国材料研究所合作在研发这样一款无人机,内部结构很快就能取得突破,但电源的问题解决恐怕还尚需时日。

  仿生微型飞行器体积小、重量轻、隐蔽性好,军事应用价值极大,可以在很多战场里承担侦察、干扰和装置,直接挤压对方的空间,以昆虫对人类,集群对单个行动,广泛播撒在城市的每个角度,形成压倒性优势。