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第六课： 认识扑翼机 梦幻创客之“天空创客”课件 01 什么是扑翼机 02 扑翼机的发展史 03 扑翼机的难题 04 扑翼飞行的原理 P03 P09 P14 P19 目 录 ONTENTS 01 什么是扑翼机 什么是扑翼机 不知道大家注意到没有，在我们的周围，常存在着一些飞来飞去的小生灵。你看那轻盈的小燕子，时而俯冲大地；时而立定盘旋；时而直上蓝天，飞得多么自由自在啊！我们为什么不能也长一对翅膀或者做一对翅膀飞翔呢？想得真好。 在遥远的古代，我们的祖先就想到了要制造像鸟一样飞的机器，帮助人们实现展翅飞翔的梦想，这其实也是现代扑翼机和滑翔机诞生的基础。 什么是扑翼机 扑翼机 ? 什么是扑翼机 扑翼机是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空器，又称振翼机。扑动的机翼不仅产生升力，还产生向前的推动力。 02 扑翼机的发展史 扑翼机的发展史 众所周知，早在中国西汉时代就曾有人来模仿鸟的飞行，世界上第一架按技术规程设计的扑翼机图纸出自著名画家达芬奇之手，它是根据鸟类飞行机理进行设计的，至今仍完好地保存在博物馆内。但过了300多年后，科学家们才重新开始考虑扑翼机，并把它作为一种飞行器来研究。在19世纪中期，由考夫曼、英国人哈尔格莱夫和德国人李林塔尔对扑翼机理论所作的研究及实践成为扑翼发展史上重要的里程碑。 扑翼机的发展史 20世纪初，俄罗斯科学家和设计师们在这一领域内取得了重大突破，但鉴于知识背景，当时的扑翼飞行器也不能算理想的飞行器。一系列的失败迫使科学家们重新进行计算设计，通过试飞实践和所积累的理论资料，科学家们看到了许多问题，如：机翼煽动时效果不明显，并未产生理想的升力和推力。另外，关键一点是科学家们认识到之前那些仅靠人体自身肌肉的力量来驱动的扑翼飞行器是无法实现持续飞行的。 扑翼机的发展史 由此至20世纪中后期，人类历经艰辛才发明了扑翼滑翔飞行器和动力扑翼飞行器。前者仍由人发出功率，故不能独立起飞，只有获得必要的高度才能滑翔飞行，在无上升气流情况下，要靠驾驶员人力煽动机翼，以减缓某一时刻的下降速度：后者当时则利用了发动机来完全或部分取代人力。在1986年，美国人波拉·麦克里迪在动力扑翼飞行器上取得过一定成绩，但须要加装大传动比的减速器才能使发动机满足扑翼工作要求。 03 扑翼机的难题 扑翼机的难题 插上翅膀能飞吗？ 人真的像童话里描述的那样插上翅膀，也不一定能飞。因为人类机体结构的特性，心脏和呼吸器官无法承受长时间的距离活动；而鸟类在长期的进化活动中已形成了适于飞行的机体构造以及骨骼、肌肉等。有统计表明，人即使装上一副约 10斤重的翅膀，它所发挥的功用，还不到鸽子的1/10～1/4。——看来，人真是天生不会飞的。 扑翼机的难题 现在仿生扑翼飞行器的困难 1.空气动力学基础：因为昆虫和鸟类的翅膀不像飞机机翼一样具有标准的流线型，而是类似的平面薄体结构，翅膀拍动过程中伴随着快速且多样性的运动，产生很多局部不稳定气流，这种非定常的空气动力学效应很复杂。 扑翼机的难题 现在仿生扑翼飞行器的困难 2.飞行动力能源问题：早期的仿生扑翼飞行器的研究经验靠人体肌肉的力量驱动扑翼飞行器是无法实现持续飞行的，由于微型扑翼飞行器要求外形较小、质量轻、能好少，这就要求我们对于能源系统有着很严格的要求。就目前趋势来看，在今后的研制过程中，电池和微小型电机应该是相当长一段时间内的首选对象。 扑翼机的难题 现在仿生扑翼飞行器的困难 3.翼形和材料问题：设计和制造具有非定常空气动力学特性的高效仿生翼，是仿生扑翼飞行研究中急待解决的问题。仿生翼必须轻而坚固，能够在高频振动下不会断裂，且要能够提供足够的升力和推进力等。仿生翼的研究包括翼的结构和形状设计、传动机构设计、材料的选择以及与制造有关的工艺问题 。 04 扑翼飞行的原理 扑翼飞行的原理 ? 当鸟类在空中展翅滑翔时，其飞行原理与已有的固定翼飞机的相同。除此之外，扑翼飞行方式的空气动力学特性要比常规的固定翼飞机的和直升机的复杂的多。通过高速摄像机的帮助，人们观察到鸟类和昆虫的翅膀在往复扇动和拍打过程中，除了单纯的扇动之外，还伴随有相应的扭曲变形和旋转等运动类型。人类尚未采用的这些运动类型对鸟类和昆虫产生升力和作机动飞行是举足轻重的。 ??????? 扑翼飞行的原理 ??????? 昆虫和鸟类靠拍动翅膀