金雕

为什么我们的飞机不能像鸟儿一样扑棱翅膀

发布时间:2025/3/14 13:03:55   
郑华国 https://yiyuan.99.com.cn/bjzkbdfyy/yyzj/260588.html
仿生学从上个世纪早中期,一直说到现在,通过了解生物的结构和功能原理,我们人类能够研制新的机械和新技术,并且解决机械难题。就拿飞机举例,飞机就是普遍被认为是模仿鸟类的仿生学机械。最早追溯到中世纪时期著名的博学者——莱昂纳多·达·芬奇,他在他的《鸟类飞行手稿》中第一次描绘了飞机的模样,大概为如下图片的样子:需要注意的是,达·芬奇事实上是认为飞机应该像鸟儿那样,能够扑棱翅膀的,但是后世的人类却并没有按照他的预想方法研究出飞机,而是以固定翼为基础,利用空气动力学和浮力学为原理打造的飞行机械。那么话说回来,达·芬奇笔下的扑翼机,是否真的是天方夜谭呢?扑翼机的概念确实存在,它们是一种类似鸟类、昆虫那样,通过上下扑动翅膀从而升空飞行的航空器,是鸟类发展而来贴近程度最高的一款仿生机械,但是扑翼机尚处在概念阶段,从古至今还从未有人真正打造出一款实用可靠的扑翼机,因为实在是太过复杂了。早期人类为了飞行而做出过大量尝试从理论上来说,扑翼机分为两种,分别为依赖于人力驱动的飞机,相当于将飞行员的手臂直接固定在机翼之上,利用手臂的“扑棱”产生升力和推进力,不过这对于飞行员的臂力和肌肉耐受力要求极高,除非你是汤姆猫这种无所不能的怪胎,否则是几乎飞不起来的。事实上人力扑翼机是最受欢迎的,虽然理论上发动机驱动的扑翼机可以获得更加稳定、高效的机翼煽动效果,但是由于人类如今还未在柔软、轻盈、坚固的材料学上产生重大突破,这种发动机扑翼机由于重量过重,根本飞不起来,即使解决了重量问题,但是煽动机翼的时候很有可能会因为强度不够大,而产生飞机解体。年,法国发明家伊夫·卢梭获得了国际航空联合会授予的保罗·迪桑蒂那奖,以表彰他在航空领域做出的杰出贡献。那么这位法国老哥做了什么?卢梭从年开始尝试使用扑翼机进行人体“肌肉扑翼飞行”,截止到年4月20日,他一共尝试了次,最远一次飞了64米,每一次法国航空俱乐部都有在现场见证。但是卢梭在经历第次飞行的时候遭受到了强风吹袭,机翼破裂后飞机栽倒了地上,卢梭也因此身受重伤,不得不截肢保命,自此之后卢梭也无法再进行扑翼机试验了。说到底,扑翼机难成大器,还是因为不符合物理学定律,如果使用工程力学和空气动力学来解释的话,那就是扑翼机仍然无法解决同时产生升力和推进力这两种不同方向的力,想要承载人类这种几十千克的“大东西”,现在的技术显然是不行的。但这也不意味着扑翼机就没有任何价值了,可以观察到,扑棱翅膀的大都是体型较小的鸟类乃至昆虫,体型越小翅膀扑棱速率也越低,就好比一秒钟煽动数十次翅膀的蜂鸟,和滑翔数十秒都不用煽动一下翅膀的金雕,前者将升力和推进力运用到极致,而后者则高度依赖于空气动力学。所以人类如果想要在扑翼机上有所进步,就应该试着缩小飞行器的尺寸,打造微型航空器。如今微型航空器所利用的技术和直升机类似,使用螺旋桨产生向上的升力,而转向和横向前进则依赖于主螺旋桨的角度改变,或者干脆加装副螺旋桨。如果扑翼机能够成为现实,那么仅需要依赖于机翼煽动空气的方式,就能够轻巧实现自由飞行,能够让我们的小型无人机获得类似于昆虫那般灵活的飞行能力,这绝对是革命性质的。

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