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[心得交流] 人力飞行新方向 扑翼原理新解

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发表于 2017-1-3 19:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 人力扑翼 于 2017-1-5 01:05 编辑

作者:魏朝阳  QQ2494954796

探索了几百年的人力飞行,到上世纪七十年代,应该说就已经实现了。八十年代已经能飞行116公里。之后已经有三十年没有显著进展,常规布局人力飞机仍然没有实用价值。而尝试最早、最多的人力扑翼飞行,则屡遭失败。
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人力飞行还有未来吗?这是受到普遍怀疑的问题。本文试图用倒推的思路,用排除法的逻辑,来寻找点儿新希望。要有所作为,就需要在充分的发散思维之后收敛一下,有些事只能以后再想,有些事只能这么做。
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1. 人力飞行的极限与潜力
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首先要有个宏观的双向逼近,即从不可行和可行两个方向来对人力飞行的发展前景有个宏观认识。
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一方面,从运动输出功率和体重之比来看,人比鸟类要差许多,这从根本上说明人力飞行永远达不到鸟类的飞行水平。人力飞行只可能是“勉强的飞行”。牢记这个底线,能避免许多胡思乱想。
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另一方面,从能量的利用效率来看,目前的人力飞行还没有达到鸟类飞行的效率。人力飞行的现状相对于鸟类飞行的巨大差距,只用功率和体重之比的差距作为理由还不充分,还有提高效率的发展空间,发展潜力。而人力飞行发展的主要方向,只能是追求极端效率。
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其实对实用所考虑的方便性、经济性等方面来说,携带能源已经不算多大问题。所以实用的、纯粹的人力飞行大概只会是体育运动。而研究人力飞行的另一个潜在的意义,就是探索提高能量使用效率的原理性途径。既然如此,一种原理的实施优化到一定程度之后,更重要的事情是探索新的原理性突破。
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那么我们就以追求极端效率为主要目标来做一些更具体的排除。
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2. 极端效率飞行要排除螺旋桨
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固定翼加螺旋桨的人力飞机,经过多年大量的优化设计已经逼近技术极限。
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螺旋桨几乎是低速飞行难以摆脱的空气作动方式。尽管旋转运动由于运动均匀性强而使高速运动时的效率很高,但是,从螺旋桨诞生于潜水艇以来,其低速效率就一直没有超过被其替代的早期轮船的轮桨。现在一些新型船坞船和执法船又使用了桨角可周期性调控的水平旋转的轮桨,尽管更主要的目的是提高低速机动性和原地转向能力,但低速时的效率优势也是存在的。而公园脚踏游船则一直使用轮桨,以低速的高效率来满足消闲运动的特殊需要。
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螺旋桨效率受限的主要原因,一是不同半径上的气动效率总是大不相同的。二是较快的线速度所产生的翼尖涡流阻力较大。三是使气流旋转的功是无用功。
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但是对于低速的极端效率飞行来说,似乎所有气动部位在任何方向上的线速度都不应该显著大于飞行速度,否则就会降低效率。于是极端效率飞行只能是类似扑翼的气动方式。人力飞行相对于机器动力螺旋桨飞机来说是低速飞行,需要向类扑翼方式回归。
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更明显的是,使用螺旋桨必然带来严重的重量问题。这不但严重降低总体效率,而且也使人力飞行难以有实用意义。实用的人力飞行器,即使飞得没那么远,也应该是比较便于携带和放置的。
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最近可变桨角的轮桨飞行也有新的发展动向,但由于结构复杂,在目前材料和机械等基础条件下尚难以用于人力飞行。
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人力扑翼飞行虽然败绩累累,但是下面可以看到失败的原因所在及其未被重视的潜力。
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3. 人力飞行应该从巡航开始
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无论是飞行器还是鸟类,起飞、低于巡航速度的慢速飞行、机动飞行、旋停等飞行状态,能量使用效率都不如巡航飞行状态。比巡航飞行效率更高的就只有滑翔了。所以,极端效率飞行只能在最佳滑翔速度附近实现。对于人力飞行,应该是25 Km/H到30Km/H左右。速度小于20Km/H以下时,人体功率就明显不够了,既难以维持平飞更不能加速。
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而以往的人力扑翼飞行,多是按“起飞——慢速飞行——巡航飞行”的步骤发展,这是由难到易的顺序。既然人力飞行只能是“勉强的飞行”,根本就无法维持水平慢飞,起飞和慢飞实现不了就都失败了,而更容易实现的巡航扑翼飞行却鲜有机会尝试。
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对实用来说,用其它不随之升空的能量助力起飞,或者借助斜坡、高台、迎风等起飞,并非难事。不必苛求起飞能力。
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由易到难的顺序决不应该是先慢后快,而应该从快开始。最基本、最可行的人力扑翼飞行,应该从快速滑翔状态渐进地发展出来。这和飞行生物的进化过程相似,先能从高处往下跳,然后能在下落过程中产生些滑翔能力,在滑翔比逐渐增大的过程中逐渐发展出扑翼飞行能力,最后才有平地起飞等其它能力。
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所以,先别想自主起飞和慢飞加速,先重点研究巡航状态的扑翼飞行。
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4. 鸟类巡航扑翼的几个具体特点
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现在已经实现的扑翼飞行器,虽然已经能非常像真鸟飞行,但是在娱乐界也没有流行,重要原因也还是效率不高。对鸟类扑翼飞行原理的研究虽然不是很完善。但是我们也可以用反证法来推想几个具体而关键的特点。
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鸟在原地起飞、机动和旋停时,翼的运动可以用往复式螺旋桨来解释,翼所获得的空气动力的合成方向基本垂直于扑翼的往复运动方向,大失速角也常有。个别情况下主要利用阻力,类似降落伞原理,例如原地起飞的第一次下扑和空中刹车。
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而在巡航状态,情况则是大不相同的。一定要注意和慢速飞行的情况区分开来。
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第一,鸟相对于空气的前进运动和扑翼相对于鸟身的垂直运动,合成为翼相对于空气的波浪形运动。由于扑翼垂直线速度低于前进速度,垂直扑动不到1米时就前进了数米,这个波浪形运动轨迹的最大斜率并不会很大。在这种情况下,翼相对于气流的实际迎角不可能较大,只能是很近似滑翔的状态,否则会产生很大阻力而降低效率,无论如何都得不偿失。
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翼相对于水平面的仰角必须随着波浪形运动轨迹线的起伏而改变,使相对于实际气流方向的迎角始终较小。不精确控制仰角变化的扑翼会增大阻力而无法维持飞行速度。可见,巡航扑翼已经不是“扑”而是“滑”。
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第二,翼在垂直方向上对鸟身的力,应该基本恒定于鸟身重力的反向力。否则,鸟身在垂直方向上过于明显的加速度,显然是对能量的很大浪费。极端效率飞行应该是尽量减小颠簸的。像地面奔跑那样的颠簸是难以坚持几十小时的长途飞行的。那些飞起来不像真鸟的扑翼飞行器,都有严重的颠簸,效率就不会高。
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进一步说,翼在下扑和上扑时都应使相对于实际气流方向的迎角为正值,以基本保持对鸟身的升力。下扑时,迎角是正值,产生向上的升力,而仰角是负值,使升力有向前的分量。上扑时,如果迎角为负,那么升力就变成了负值,变换扑动方向会使鸟身受到2g左右的反复冲击,这是难以想象的。既然上扑时迎角也是正值,而仰角是更大的正值,那么升力就只能向后上方了,就不是往复式螺旋桨的工作状态了。
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第三,翼对鸟身的力,是鸟身对翼的力的反作用力,所以反过来说,鸟身对翼的力也应该基本恒定在鸟身重力上。那么,鸟身力量的主要作用就是在上下活动着的支撑物(翼)上保持身体的高度,而不是用来直接驱动翼的上下扑动。翼的上下扑动只能主要靠改变迎角来实现。这类似于滑翔机或滑翔伞的波浪形滑翔。当然,鸟身对翼也不是一点驱动作用也没有,其反作用力使鸟身有微量的垂直加速度。
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那么改变仰角又是用什么力呢?一是肌肉的扭动力,而这种扭动力对鸟身有反扭力,为此,一是改变平尾俯仰角产生的气动力来平衡,二是允许胸部产生反扭动作,颈部和后身有配合动作,以质量惯性支撑扭力。显然,这两种情况都有相互抵消的力,会降低效率。
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其实还有一种情况,是用翼和鸟身在纵向上的微量移动,改变升心和重心的纵向相对位置,来改变翼的迎角。上扑到上部时翼偏后,即升心相对于重心后移,对翼产生下扭力。下扑到下部时翼偏前,即升心相对于重心前移,对翼产生上扭力。这似乎比肌肉扭动更为省力。当然对不同展向段,肌肉扭动还是需要的。
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还需要说明的是,鸟翼的弹性被动扭转,无法用来形成需要的迎角变化,但应该能起到一些自动调节作用和传感作用。
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下扑时升力向前上方,上扑时升力向后上方,似乎在纵向上抵销了?那么,这种极为近似波浪形滑翔的运动又是如何克服阻力以保持飞行速度的呢?
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5. 扑翼巡航飞行和波浪形滑翔的区别
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扑翼飞行和波浪形滑翔,共同点是保持较小的正迎角,提供持续且较稳定的升力。主要区别只是载荷的状态。下扑时,动能增加,而载荷高度不变或稍有增加,使整体的质心高度基本不变,不损失高度势能。上扑时,载荷不随翼上升或稍有下降,整体的质心高度仍然基本不变,不随着翼上升,减小翼的负载,从而减小动能损失。上扑的时间可以短于下扑,以减小阻力作用时间;也可以用更小的迎角完成上扑,以减小阻力。这样,下扑的前向分力所起的作用就不会被上扑时的后向分力完全抵销掉。扑翼巡航飞行的实质,是在翼作波浪形滑翔的同时保持质心高度。这可以称作类滑翔式扑翼,或者称作恒定质心的波浪形滑翔。
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为了使整体的质心近似载荷的质心,应该尽量把质量分配到翼以外的载荷中去。
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另外,仰角快速变向时,后弦也有类似扇子的作用?
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6. 极端效率飞行必须有很高的动作协调精确性
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回顾整理以上分析可以看出,要用升心和重心的纵向相对位移和翼根扭转来改变翼的迎角,又要以迎角的变化为主、载荷拉力的微量变化为辅来形成翼的上下扑动即波浪形滑翔,而由于迎角是相对于合成运动方向的,就还要随着波浪形轨迹来改变仰角。同时,还要用迎角保持基本恒定的升力,在上下扑翼时基本保持质心高度并减小质心的颠簸。这需要对非均匀性的动作过程有很高的协调精度,这种动作协调精度是超越滑翔而能扑翼巡航飞行的关键。
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下扑过程和上扑过程,不可能是完全对称的,至少迎角不是相同的,时间往往也不相同。不能用简谐振荡来模仿。
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所以,远不是扑动翅膀就能持续飞行的。加拿大的“雪鸟”人力扑翼机,由于没有迎角的调控,就没有产生前向拉力来补偿阻力,反而增大了阻力,并没有真正实现扑翼的基本原理。雏鸟初次飞行的失败或不成熟,主要不在于结构发育不到位或力量不足,不在于扑动频率不够快或扑动幅度不够大,而在于动作协调精度不够。雏鸟学飞行主要是练神经控制。而由于人的先天不足,对人力扑翼飞行来说,非对称、非均匀性的动作协调精度,不仅是飞得好坏的问题,更是能不能飞的问题。以往的人力扑翼飞行,没有在滑翔速度的基础上大量练习扑翼动作精度,过于单纯追求扑翼幅度和频率,就必然失败。可以预想,成功的人力扑翼飞行必须经过难度不亚于竞技型游泳的大量训练才有可能实现。如果能成为体育项目,也必然是极端力量型和极端技巧型兼而有之的。
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好在现在滑翔技术已经较为成熟。人力扑翼飞行可以在滑翔的基础上,由小到大地增加扑翼的量,连续渐进地过渡到扑翼飞行。
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另外,在大量试验的基础上,可以发展一套传感和提示系统。除了音响提示外,甚至可以采用多部位的贴肤震动提示方式。
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7. 扑翼式人力飞行必须简化扑翼结构
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本节暂时离开极端效率的角度,不得不考虑人体机能限制所倒逼出来的人力扑翼结构。
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鸟类的扑翼是在横垂面上的角度运动,不同翼展处的线速度有很大差别,所以扭动量也要随翼展而变化。这种大力量、高精度的多维度动作,人类是根本做不到的,需要减少动作维度。而如果靠精密复杂的机械联动系统,不但难以适应多变的状态,在现有材料和结构技术水平下也难免使重量大增。
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所以,人力扑翼飞行只能考虑相对简单的扑翼方式,减少控制维度。本人提出整动扑翼方式(已报专利),即,左右机翼之间不铰接而是固化为一个整体机翼,而人体(质心)和机翼之间的距离可以改变。这样就只有三个控制维度:一是俯仰、二是横滚、三是载荷质心和机翼之间的距离。
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这样的整动扑翼不需要展向的主动扭转,但是可以考虑利用弹性材料使其具有合适的被动扭转。
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整动扑翼相对于角动扑翼,翼展外部的扑翼幅度小了,但翼根部的扑翼作用大多了。
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显然,现有的悬挂式滑翔翼距此仅一步之遥!据说滑翔翼就是在人力扑翼飞行的尝试过程中衍生出来的,现在它成熟了,在它的基础上增加可变悬挂长度的结构,并在巡航滑翔速度的基础上训练扑翼动作,似能回归到人力扑翼飞行并使之复活。
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可变悬挂长度的结构,最轻最简的应该是吊索和滑轮系统。从人体工程学的角度看,用腿部力量来改变悬挂长度最为合适。可以用水平蹬、踡腿的动作,牵拉通过人体重心周围滑轮组的吊索的伸缩。其实在某些滑翔伞上已经有类似的结构。
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8. 极端效率飞行必须以较大的滑翔比为基础
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既然巡航扑翼飞行的实质是质心高度基本不变的波浪形滑翔,那么它的滑翔比越大,能量使用效率才能越高。
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所以,滑翔翼比滑翔伞更适合于人力扑翼。大展弦比的滑翔翼更适合于人力扑翼。
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还要考虑人体减阻,必要的话考虑整流罩。
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人力扑翼飞行估计需要12以上的滑翔比。
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9. 从人体运动频率考虑扑翼幅度
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运动频率如果过快,则人体运动部位本身的质量所消耗的能量就会过大。所以巡航状态的扑翼频率应该在1以下。
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水平飞行所需要的扑翼频率,和机翼俯冲下扑时的下降率成正比,和扑翼幅度成反比。为了扑翼频率不至于过高,扑翼幅度就要比较大。
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为了使扑翼幅度大于蹬、踡腿的幅度,可以采用多级滑轮组。
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扑翼幅度较大的时候,操纵杆需要有可滑动握套和一定的直线段,使双手在扑翼过程中仍然能控制俯仰和横滚。为了助力,滑动握套在被握紧时应可止滑。
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现在的滑翔翼,俯仰自稳定性很强,俯仰动作响应慢,会限制扑翼频率。需要减小俯仰自稳定性,而这又对飞行技术提出了更高的要求。
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10. 还需要深入研究动态稳定性
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除了机翼的俯仰自稳定性要兼顾扑翼频率和滑翔性能之外,人体的前后摆荡的动态特性也需要研究。过大的前后摆荡会降低效率,甚至产生危险。而相位和幅度适度的摆荡,能否因共振作用而提高效率?值得试验研究。
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以上倒逼、反证出来的结论,框定了一个发展方向。大致为:
——总体结构是滑翔翼加变长悬挂。
——设计上,一是选择或重新研制滑翔比大、质量较轻的滑翔翼(恐怕不宜过多考虑耐撞性),俯仰自稳定性适度。二是兼顾动态稳定性和可操纵性,设计好变长悬挂系统和操纵系统。
——操作方法是:用手控制操纵杆改变俯仰角,进行不失速的波浪形滑翔。同时,以基本保持人体高度为目标,用蹬、踡腿动作改变吊索长度。
——训练过程是:先熟练掌握现有滑翔技术。用现有方法辅助起飞。在达到最佳滑翔比速度之后,先小幅度扑翼,逐渐摸索动作协调的要领,起到助力滑翔的作用。随着感觉和动作的熟练逐步增大扑翼幅度。熟练扑翼飞行后,再尝试平地助跑起飞等其它动作的可能。
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从可行性角度看,这种滑翔式扑翼至少能起到人力助力滑翔的作用,只要能保证一定的安全性就不会一败涂地。那么是否能达到水平飞行的状态?能飞多远?
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和现有的固定翼加螺旋桨的人力飞行器相比,这种由悬挂式滑翔翼改进而来的整动扑翼人力飞行器,第一,显著降低了重量,这对增加飞行距离和飞行时间会有显著效果。一个机翼加一些绳索、滑轮、杆子,应该是接近结构简化的极限了。剩下的发展空间只是材料减重。第二,巡航扑翼飞行所需要的力主要是在上下变化的悬挂下基本保持自身的高度,这应该比人在地面上的下蹲和站起还省力,应该比固定翼人力飞行器有更好的效率。第三,气动方式的效率高,但是运动技巧要难得多,不可能几次就能成功,必须经过大量的实飞训练。这是高效率飞行必须付出的代价,也是人力飞行应有的魅力所在。
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从螺旋桨回归到扑翼,从滑翔回归到扑翼,实现人力飞行的新突破是有希望的!
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这种类滑翔式扑翼,作为一种飞行方式,在其它方面也会有些用处。例如,在平流层持久留空飞行的太阳能无人机,有人或无人的低噪声飞行器等。
发表于 2017-1-8 16:54 | 显示全部楼层
很赞赏楼主对仿生飞行的兴趣和投入,精神可嘉。任何创造性的东西都是从思维开始。
仿生飞行吸引着很多科学家.
原因是螺旋桨的浆效率本身就不高,再加上传动损耗,人们相信螺旋桨飞行器效率远低于生物飞行效率。
但在youtube上看到人力扑翼飞行器比人力螺旋桨飞行器逊色了很多,这是现状。
原因是生物飞行空气动力学原理与固定翼飞行的原理不一样,而且比较深奥。

长久以来人们没有停止过对扑翼飞行器的研究。
二战期间就有扑翼式战机出现,但没有战斗力。
扑翼式飞行器的空气动力学理论不是没有,而是不成熟,也不公开。
在这方面的任何技术突破都是保密的。
现在的机器人扑翼飞行器已经通过了试飞.
http://phys.org/news/2011-02-robot-hummingbird-flight-video.html





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顶!  发表于 2017-1-8 18:29
发表于 2017-1-3 21:44 | 显示全部楼层

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感谢支持!也欢迎纯技术性批评!  发表于 2017-1-6 23:36
发表于 2017-1-4 00:29 | 显示全部楼层
好长!

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劳您费神了!感谢关注!  发表于 2017-1-6 23:36
发表于 2017-1-4 04:58 | 显示全部楼层
“无论是飞行器还是鸟类,起飞、低于巡航速度的慢速飞行、机动飞行、旋停等飞行状态,能量使用效率都不如巡航飞行状态。比巡航飞行效率更高的就只有滑翔了。所以,极端效率飞行只能在最佳滑翔速度附近实现。对于人力飞行,应该是25 Km/H到30Km/H左右。速度小于20Km/H以下时,人体功率就明显不够了,既难以维持平飞更不能加速。“ 所言有误。
向作者和大众普及几个个基本概念:巡航速度  飞行器做水平匀速直线飞行时的速度,滑翔速度几乎等于(略小)巡航速度。完全可以由飞行器设计决定。巡航速度越小,(在升阻比相同时)所需巡航功率越小。人力的长期输出功率大约在200瓦水平。作者所言“速度小于20Km/H以下时,人体功率就明显不够了“是明显谬误。
    巡航速度  由机翼面积,翼型,迎角,总起飞重量决定。(待续)
发表于 2017-1-4 15:30 | 显示全部楼层
毫无新意

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2,如果只是旧而没有错,实现后是否能有进展?  发表于 2017-1-7 04:45
感觉您是高手。请教:1,如果都是旧观点,有木有已经被否定的?可以立刻给以纠正,以免谬种流传误人。  发表于 2017-1-7 04:42
有能体现本文原理的人造扑翼吗?  发表于 2017-1-4 21:14
 楼主| 发表于 2017-1-4 17:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 人力扑翼 于 2017-1-4 18:21 编辑
有容乃大 发表于 2017-1-4 04:58
“无论是飞行器还是鸟类,起飞、低于巡航速度的慢速飞行、机动飞行、旋停等飞行状态,能量使用效率都不如巡 ...


飞机巡航速度的设计是受起飞重量和发动机等条件制约的,不是完全任意的。本文所说的巡航速度是生物动力飞行,应该是功率曲线的最低点附近。
鸟类的巡航速度多在二、三十,最快的有八十多的,最慢的不到十。无动力三角翼的最佳滑翔比速度在二十几。
面对人体重量、翼的结构材料等,翼的参数优化后,功率曲线的最低点都难以再往低速移的。

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还是没明白!  发表于 2017-1-6 02:30
生物的体重和功率是不可设计得约束条件  发表于 2017-1-5 23:47
我是说速度(不是巡航速度)低于20就需要人力可能达不到的更大功率  发表于 2017-1-5 21:21
请简单解释你所说生物动力飞行巡航速度和常识的巡航速度定义有何不同? 以及你所强调“人力飞行巡航速度在20公里/时以下就会消耗功率大增”理由  发表于 2017-1-5 08:58
发表于 2017-1-4 20:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 老丘 于 2017-1-4 20:22 编辑



https://www.youtube.com/watch?v=DmzEKRSlA2k

2010年8月2日,人力扑翼飞行145米距离,创下世界记录。

点评

它是牵引辅助起飞的。扑动和不扑动相比较的结果才是扑翼的效果。不排除被动扭转情况下能产生一些推力。  发表于 2017-1-5 21:44
不要轻易贬低别人的实际成就,别人的机翼扑动毕竟飞起来了。魏先生自己的专利能否飞过145米? 已经申请专利,请公开设计图说明你的优点!  发表于 2017-1-5 09:04
雪鸟号,无仰角动态控制。下扑时仰角为负才会有加速作用。所以这机翼的扑动其实没起好作用,加快了速度衰减。  发表于 2017-1-4 21:02
发表于 2017-1-4 20:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 老丘 于 2017-1-4 20:27 编辑




https://en.wikipedia.org/wiki/MI ... owered-aircraft.jpg
这是一架人力驱动螺旋桨飞机,至今无人能够打破它的纪录:
这架飞机的名字叫做Daedalus
1988年 4月23日它飞行了115.11公里,耗时3小时54分
飞行员是 Kanellos Kanellopoulos
飞机重量31公斤
http://aerosociety.com/About-Us/specgroups/Human-Powered/dates

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你的名字起得不错!  发表于 2017-1-5 21:36
有机器动力的当然可以高飞  发表于 2017-1-5 20:59
魏先生似乎太狂妄,自己的人力扑翼机未起飞,先把固定翼螺旋桨人力飞机的最高成就一棒子打死,说离不开地面效应。螺旋桨驱动滑翔翼完全可高飞  发表于 2017-1-5 09:13
三十年没进展了!而且固定翼加螺旋桨式的人力飞机似乎都离不开地效应。  发表于 2017-1-4 21:05
发表于 2017-1-4 20:35 | 显示全部楼层
 楼主| 发表于 2017-1-4 20:48 | 显示全部楼层
老丘 发表于 2017-1-4 20:14
https://www.youtube.com/watch?v=DmzEKRSlA2k

2010年8月2日,人力扑翼飞行145米距离,创下世界记录。 ...

这架雪鸟号,没有仰角控制。
实际迎角是弦线和波浪形运动轨迹线之间的夹角。下扑时,迎角仍为正以持续提供升力,但仰角必须为负才能使升力有前向分力,起到加速、增加动能、克服阻力的作用。而上扑时,要使迎角为正,仰角就要大于波浪轨迹线的角度。
相对于扑翼的来流方向在不断变化,要在这个变化的过程中保持合适的迎角,仰角就也要变。迎角的大小,即要保持对载荷的升力比较稳定,以避免垂直方向上的无效功,又不能过大以避免阻力大增。
巡航扑翼是一种精确用“寸劲”的飞行,用下扑的加速补偿整个过程的阻力。如果只顾扑,阻力大增,就达不到扑翼的目的了。

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魏先生还是应该拿出的设计图来说话,才有说服力。  发表于 2017-1-5 09:16
 楼主| 发表于 2017-1-4 20:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 人力扑翼 于 2017-1-4 21:58 编辑
老丘 发表于 2017-1-4 20:14
https://www.youtube.com/watch?v=DmzEKRSlA2k

2010年8月2日,人力扑翼飞行145米距离,创下世界记录。 ...


这雪鸟号没有仰角控制,不能体现扑翼的真正原理。
扑翼过程中的迎角,是弦线相对于波浪形轨迹线的角度。仰角是相对于水平面的角度。
下扑时仰角必须为负值才能有向前加速的作用。
 楼主| 发表于 2017-1-4 20:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 人力扑翼 于 2017-1-4 22:01 编辑
老丘 发表于 2017-1-4 20:14
https://www.youtube.com/watch?v=DmzEKRSlA2k

2010年8月2日,人力扑翼飞行145米距离,创下世界记录。 ...


加拿大后来那架人力扑翼机,机舱有辅助机翼。如果扑翼使升力不稳,就和辅助机翼的作用对消,虽然能增稳却浪费了能量,效率低了就不能靠人力飞好。
 楼主| 发表于 2017-1-4 22:48 | 显示全部楼层
巡航扑翼其实不是在“扑”,而是在“滑”,改变弦线仰角在波浪形运动曲面上滑翔。

点评

目的不是比高低,而是研究技术。研究技术时,纯技术性的具体批评意见更有建设性,  发表于 2017-1-7 04:49
魏先生不必一一评价别人已经试飞的扑翼机问题,拿出自己专利申请图说话要简明有力得多!  发表于 2017-1-5 09:20
发表于 2017-1-5 09:42 | 显示全部楼层
由于舍不得拿出设计图,很难从长篇文章中看出其精华所在,今天总算看明白了魏先生的人力扑翼机就是:
“本人提出整动扑翼方式(已报专利),即,左右机翼之间不铰接而是固化为一个整体机翼,而人体(质心)和机翼之间的距离可以改变。这样就只有三个控制维度:一是俯仰、二是横滚、三是载荷质心和机翼之间的距离。“
”用腿部力量来改变悬挂长度最为合适。可以用水平蹬、踡腿的动作,牵拉通过人体重心周围滑轮组的吊索的伸缩。其实在某些滑翔伞上已经有类似的结构”大展弦比的滑翔翼更适合于人力扑翼。
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还要考虑人体减阻,必要的话考虑整流罩。
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人力扑翼飞行估计需要12以上的滑翔比。“
简言之:就是一驾用脚蹬改变人体悬挂高度的大展弦比滑翔翼。是否能维持水平(哪怕是波浪式)飞行,有待实践证明。作为相信螺旋桨驱动滑翔翼效率的设计和研究人员。我们很希望魏先生的所谓扑翼滑翔翼能尽快造出来,飞起来,通过实践证明比人力驱动螺旋桨滑翔翼飞得更有效率。
发表于 2017-1-5 15:08 | 显示全部楼层
本帖最后由 老丘 于 2017-1-5 15:39 编辑

2016年7月16日-24日在英国举行人力飞机飞行盛会
http://aerosociety.com/About-Us/ ... -Powered/Icarus-Cup

英国皇家飞行协会设立奖励基金,用于鼓励世界上致力于人力飞行的人们。
鼓励那些设计者,先进材料应用着,飞行纪录创造着。

http://aerosociety.com/About-Us/specgroups/Human-Powered/dates
 楼主| 发表于 2017-1-5 20:31 | 显示全部楼层
感谢老丘提供链接!希望“有容乃大”多讨论具体技术问题。主要是两方面:一是事实(知识),二是逻辑(道理)。我老了,只是动动脑子。也希望大家多指出具体的问题,充分表达不同意见。研究问题时,论据可能比结论更重要。

点评

纯技术性讨论没有尊敬不尊敬的问题。自然科学排除一切主观因素特别是情绪,只面对客观事实。  发表于 2017-1-6 21:16
哪个术语有问题?你指出来我会认真考虑修改的  发表于 2017-1-6 21:13
有奇思妙想值得鼓励!但希望:1对于前人取得的人力飞行,扑翼飞行成果不要轻易否定。2尊重基本物理力学规律,3不要生造术语。否则难以交流。  发表于 2017-1-6 02:47
 楼主| 发表于 2017-1-5 20:42 | 显示全部楼层
本帖最后由 人力扑翼 于 2017-1-5 20:55 编辑
人力扑翼 发表于 2017-1-4 17:44
飞机巡航速度的设计是受起飞重量和发动机等条件制约的,不是完全任意的。本文所说的巡航速度是生物动力飞 ...


似乎所有飞机、车辆等的功率—速度曲线都是锅底形。速度低于最小功率点时,越慢则需要的功率越大。飞机设计时,动力和重量等都是设计目标的一部分。而生物飞行(包括人力飞行),最大功率、常用功率以及重量都不是设计目标而是约束条件,很难任意设计巡航速度。

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注意车辆(重力永远被地面支撑力平衡)与飞行器(重力必须要升力来平衡)之间本质区别。 飞行其功率--速度曲线不是锅底形,不存在最小功率点。  发表于 2017-1-6 02:36
 楼主| 发表于 2017-1-5 23:42 | 显示全部楼层
再具体点儿,比巡航速度更快时,由于阻力随速度乘方增大,故越快越需要大功率。比巡航速度更慢时,机翼升力急剧减小,需要显著增大迎角来保持升力,而大迎角则使阻力大增,另外,大功率发动机的低速效率也会显著降低,所以速度越慢越需要更大功率。舰载机就是大迎角、大功率的低速降落,以免冲出跑道。俗称“在功率曲线的背面飞行”。人体这重量,用普通跑步的速度,能使翼有多大升力?要增大迎角又会有多大阻力?要靠扑翼得扑得多拼命?所以,慢飞比巡航难得多。

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阻力和速度平方成正比,只是气动外形和相对运动方向不变的情况  发表于 2017-1-7 04:56
还是没通窍! 飞行器巡航功率等于阻力乘巡航速度,而阻力升力都与巡航航速度平方成正比,切记,切记!  发表于 2017-1-6 02:40
发表于 2017-1-6 08:50 | 显示全部楼层
魏先生把人力飞行技术突破的愿望寄托在扑翼技术上,志向可嘉。但有几点是任何搞技术研发的人都应该遵循的:1。对前人在人力飞行以及扑翼机研发所取得的成就应该有足够的尊重。要首先肯定其成功点。
2。要相信和遵循物理基本规律。不能想当然似乎或者据说的方式提出并不存在的规律和事实 如。“低于巡航速度的慢速飞行、机动飞行、旋停等飞行状态,能量使用效率都不如巡航飞行状态。比巡航飞行效率更高的就只有滑翔了。所以,极端效率飞行只能在最佳滑翔速度附近实现。“”似乎所有飞机、车辆等的功率—速度曲线都是锅底形。速度低于最小功率点时,越慢则需要的功率越大。““据说滑翔翼就是在人力扑翼飞行的尝试过程中衍生出来的“等等。
3。不要生造公认以外的术语,如“极端效率飞行”“生物动力飞行巡航速度“之类。
4。新的设计申请了专利保护,基本结构图应该提供出来,佐证自己设计的可行性。可少费口舌。
为了反驳魏先生自认为的“功率--速度  锅底形曲线规律”,将随后专门发文探讨说明。
 楼主| 发表于 2017-1-6 22:01 | 显示全部楼层
感谢有容乃大的讨论!
1、纯技术讨论不涉及人的任何主观因素,更不涉及对人的褒贬和感情。我相信热衷科学和技术的人乐见任何新的发展(有没有发展也是纯技术讨论)。已经做出成绩的毫无疑问应该受到大家的高度尊重,但后人总要努力“站在巨人的肩膀上”。只谈纯技术好吗?
2、在迎角变化较小的情况下,升力和阻力都和速度的平方成正比。在低于巡航速度的较低速度时,如果保持小迎角,阻力当然随速度变慢而减小,但是升力减小了飞机会下坠,在低速时为了保持升力所要增大的迎角是很显著的,(或者襟翼大开),显著的大迎角所产生的阻力会比小迎角时的阻力大得多,所以需要的功率也急剧上升。
3、“生物动力飞行巡航速度“,改为“生物动力飞行的巡航速度”,可否?“极端效率飞行”,改为“追求最高效率的飞行方式和飞行器设计思想”可否?
4、在一套基本框架下,具体结构可以有数种不同的具体方案。即有人力飞行的,又可以有持久留空的无人的太阳能飞行器的,也可以有机器动力的低噪音载人或无人扑翼飞行器的。大家都可以充分想象啊!但是基本的理论框架还是需要先行讨论的。一步一步来嘛!大家既可以对这些基本观念和基本结构框架多挑问题,也可以设想各种具体实现方案。

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阻力和速度平方成正比只是气动外形和相对运动方向不变的情况  发表于 2017-1-7 04:53
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