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[心得交流] 滑翔乎?扑翼乎?

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发表于 2018-8-11 01:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
    我从2017年初开始,相继发了《人力飞行新方向 扑翼原理新解》、《扑翼变载飞行原理的力学分析》等一系列帖子,认为小变载波状滑翔是巡航扑翼的基本飞行方式。要点是:

    巡航扑翼,是以扭转翼的俯仰角而交替地向下滑翔和向上滑翔,这里“滑翔”是指实际攻角一直较小且一直是正的,升力一直是正的。下滑时用主载荷向上的加速度对翼加载,增加下滑加速度,上滑时用主载荷向下的加速度对翼减载,减小上滑负加速度,综合形成克服阻力的前进推力。并且从力学分析得出,动力只需要提供较小的变载力,就能满足宏观等速平飞的需要。理论上的综合分析表明,效率可以超过螺旋桨推进的固定翼。

    这一年多以来,通过几种渠道,和一些学界的和民间的扑翼研究者交流(为本论坛招了些读者),尚没有遇到从力学原理上具体反驳的。但常见一种态度:这和国内外学界的扑翼理论都不相同,到底是不是扑翼原理呀?有的直接说,这可能属于滑翔而不是扑翼(符合本论坛主题)。

    滑翔乎?扑翼乎?有些纠结。这主要不是技术问题,而是逻辑问题,或者说是“脑洞”问题。下面想就此提供一些思路。

    首先,应该先抛开称谓,正面研究这个小变载波状滑翔的力学原理,在一定速度的基础上,能否实现翼的“升推一体”?能否克服阻力实现宏观等速水平飞行?能否实现由动力产生有前推力的主动飞行?进一步,效率是否更高?

    至于如何定义,则是第二位的问题。

    第二,如果这种小变载波状滑翔能够实现更高效率的主动飞行,而又说这不符合扑翼的定义,那倒是太抬举这个原理了。我们知道,人造飞行器,除去借助空气浮力的,和抛掷、无动力滑翔等被动飞行的,分为三种基本飞行方式,固定翼是第一种,旋翼(包括自旋翼)是第二种,扑翼是第三种。(轮翼、滚翼等还没有列入)。这种小变载波状滑翔不算扑翼的话,是否要作为比前三种方式都要更高效的“第四种飞行方式”?这创新的意义可是更大了呀!可以摘掉“扑翼”的帽子而另占高枝了。从滑翔界的“立场”看倒是不错,跨界幅度更大!

    第三,如果这种小变载波状滑翔能够实现更高效率的主动飞行,而鸟类的结构又是可以实现这种飞行方式的,那么,鸟类在巡航飞行特别是长距离迁徙的过程中,又为什么不采用这种能更省力的飞行方式呢?又为什么不以这种飞行方式为主呢?

    如果鸟类巡航飞行真的是以这种方式为主的,那么如果说它不算扑翼方式,就只能说,鸟类巡航飞行特别是长途迁徙时,尽管它的翼在上下动作,也不是扑翼。于是就会得出悖论:鸟的多数飞行都不是扑翼飞行!

    看来,这种方式还是要归在“扑翼”概念之内。

    最后,还是公道一点儿,说说“滑翔乎?扑翼乎”这种纠结的值得考虑之处。

    近些年学界对扑翼进行了大量研究,也有很丰富的理论成果和实践成果。小变载波状滑翔原理排斥这些研究成果吗?

    我在《扑翼变载飞行原理的力学分析》一开始就说,扑翼具有多种工作方式,多种原理,不同的飞行生物可能不同,不同的飞行状态可能不同,甚至同一种飞行生物的同一种飞行状态中在翼的不同部位也可能有不同的气动方式。这和固定翼、旋翼的基本原理单一性大不相同。

    生物扑翼的这种复杂性构成了扑翼的超强灵活性。如果只承认小变载波状滑翔原理,那么起飞都会非常困难,悬停更不可能,不但和现有的小型、微型扑翼产品相矛盾,还会制约扑翼技术的长远发展。

    简单说,小变载波状滑翔原理归在“扑翼”概念之内,并不是把扑翼的其它原理排除到“扑翼”概念之外。

    但是,小变载波状滑翔原理在所有扑翼原理中应该有何种地位?

    我们知道,除去仿真以外,扑翼的性能优势主要有两方面,一是灵活性,二是高效率。这使扑翼相对于固定翼和旋翼形成了显著的对比优势。然而目前人造扑翼的对比优势体现得还很差。

    需要正视几个重要的事实:第一,目前学界的扑翼研究成果,远没有找到生物飞行高效率的主要原理,所有试验都离生物飞行效率差太远。而小变载波状滑翔原理,并不太难的力学分析已经能看出极高的效率。第二,由于人造扑翼的效率太低,在中、大型扑翼,包括人力扑翼方面,还难有建树(德国和加拿大的人力扑翼试验实际上都是失败的,都是衰减着的飞行,没有实现宏观等速平飞)。第三,在材料技术和测控技术的当前水平,很难实现多种飞行样式相互转换或相互结合的高灵活性扑翼,可控自由度还比生物少得多(包括德国最近的仿真鸟)。第四,小变载波状滑翔至少可能是大型鸟类巡航飞行的主要方式和主要原理,也是德国最近的仿真鸟的主动扭转这一关键技术所实际接近的原理。

    仿生研究致于实用时,总是要做适当的裁剪,抽取某些主要机理。那么,面对中、大型扑翼,包括用于体育的人力扑翼、用于临近空间持久留空的太阳能无人扑翼机、用于低成本且环保的扑翼空运,等等,这种小变载波状滑翔应该是最优先的选择。

(下一篇还有更深一层的技术探讨)
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