自從人類誕生以來,看到空中的飛鳥無視地形高速翱翔,會(huì)容易讓人羨慕:要是我也能飛就好了,這種愿望,持續(xù)數(shù)千年,最終在20世紀(jì)初,達(dá)到了史無前例的突破,通過觀察鳥類飛行,以及鳥類翅膀構(gòu)造,萊特兄弟成功發(fā)明飛機(jī),從此實(shí)現(xiàn)了人類的夢想,從此以后,人類不斷在高度速度載重航程挑戰(zhàn)自我,將鳥類遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩到身后。 除了鳥類,人類還模仿昆蟲的垂直起降和懸停,發(fā)明了直升機(jī),從此,人類在技術(shù)上完全做到了自由飛行,某些人就此斷言,鳥類和昆蟲不再對人有任何啟發(fā)!事實(shí)真的如此嗎? 回答是完全否定的,就尺寸和重量而言,人造飛行器遠(yuǎn)超鳥類和昆蟲,但是在飛行特性上,人類飛機(jī)仍然算是不折不扣的弱雞,和鳥類昆蟲相比,就是簡單粗糙效能低下的油老虎,尤其和蜻蜓相比,人家任何先進(jìn)飛行器,幾乎像弱智一般。 從飛行效率來說,人類飛機(jī)比不上鳥類,更比不上蜻蜓 在鳥類和昆蟲界,蜻蜓算是一個(gè)一種超級無敵的存在,堪稱飛行大師,簡單來說就是,蜻蜓兼?zhèn)淞烁咚亠w行性能,而且機(jī)動(dòng)性非常好,可以快速改變高度和方向,類似性能在人類戰(zhàn)斗機(jī)上可以看到,但是蜻蜓還有更強(qiáng)悍的功能,可以在某個(gè)高度緩慢滑翔,而且也可以懸停在空中,這就讓人類設(shè)計(jì)師直接跪下。 這還不是最強(qiáng),蜻蜓雖然是生物界比較小尺寸的品種,但是還可以實(shí)行倒飛,側(cè)飛,甚至可以做到直上直下的機(jī)動(dòng),這還不是大事,更讓人吃驚的是,一對蜻蜓交尾時(shí),雙方還可以相互配合高速飛行,垂直起降懸停都毫無問題,這種技能,讓全世界的飛機(jī)設(shè)計(jì)師簡直無語,假如能實(shí)現(xiàn)的話,人類編隊(duì)飛行,空中輸送油料,彈藥,甚至飛行員,將不成問題,甚至可以空中維修飛行機(jī),假如能做到的話,這又是飛機(jī)的另外一重天地。 蜻蜓別扭姿勢交尾,還可以快速協(xié)作飛行,雖然機(jī)動(dòng)性稍差,但是還是相當(dāng)靈活 科學(xué)家研究蜻蜓幾十年,他們發(fā)現(xiàn)蜻蜓有很多奧秘,其中一個(gè)是蜻蜓能高效利用非定常渦流,常規(guī)人類飛行器,巡航時(shí)候機(jī)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運(yùn)動(dòng)的,大約每秒?yún)s可振動(dòng)30一50次,振動(dòng)也很特殊,不僅僅繞著根部前后運(yùn)動(dòng),而且還圍繞根部不停做旋轉(zhuǎn),不斷調(diào)節(jié)翅膀和氣流的相對角度,而人類就做到了前者,而且是很粗糙簡單:改變機(jī)翼后掠角,巡航階段經(jīng)常是固定到一個(gè)角度就鎖死不動(dòng)。 蜻蜓這種特殊性能,讓科學(xué)家驚嘆,大家都知道,常規(guī)機(jī)翼大多在20度迎角就開始失速,升力大幅度下降,但是蜻蜓最大迎角超過40度,而且可以反復(fù)利用非定常的渦流增加升力,不存在失速和失控的風(fēng)險(xiǎn),科學(xué)家?guī)资昱ΓM莆者@種技術(shù),未來將可以將飛機(jī)巡航效率提高一倍甚至更多。 最近些年,飛機(jī)設(shè)計(jì)師的一個(gè)方向是,仿照鳥類或者昆蟲撲翼,蜻蜓就是其中重點(diǎn) 蜻蜓還有很多不解之謎,有兩對串列翅膀,每對翅膀的其中一個(gè)都可以獨(dú)自操作,通過精密的神經(jīng)系統(tǒng)控制,可以做到自由飛行,不僅可以向前飛,也可以快速轉(zhuǎn)向,而且可以產(chǎn)生直接上下的運(yùn)動(dòng),不需要人類笨重的噴氣設(shè)備,僅僅通過輕盈的翅膀運(yùn)動(dòng),前后兩對翅膀如何工作能達(dá)到如此完美飛行效果,現(xiàn)在還沒有完全清楚。 飛機(jī)設(shè)計(jì)師看蜻蜓,飛行性能基本無敵,但是用在大型飛機(jī)上卻存在很多障礙,包括人類難于實(shí)現(xiàn)大型可變機(jī)翼高速振動(dòng),不僅僅兩個(gè)方向的耦合動(dòng)作,而且還包括了前后機(jī)翼氣動(dòng)影響,以及單獨(dú)產(chǎn)生垂直向上向下的升力,不管是氣動(dòng)控制原理,還是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),材料研制都存在巨大的難度。 蜻蜓作為飛行器,具備了高速高效率巡航,高機(jī)動(dòng),垂直起降和懸停,以及突然垂直機(jī)動(dòng),這是所有設(shè)計(jì)師夢寐以求的功能,迄今為止,僅僅實(shí)現(xiàn)了一小部分,全世界對蜻蜓的研究,也進(jìn)入一個(gè)新階段,不斷有新型產(chǎn)品問世。 |
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