「无人机大全集」UAV家族中的仿生精灵：扑翼无人机

自古至今，人类就希望能够像鸟儿一样，可以自由自在的飞翔，渴望飞行的人们也在孜孜不倦地探索。人类最开始的探索受到知识水平的限制，只能观察到鸟类飞行的表面动作，并不了解飞行的本质，固以往模仿扑翼动作的尝试都以失败而告终。在我国，汉代是对扑翼飞行进行探索的第一个朝代，著名史学家班固在《汉书王莽传》中记载：“取大鸟翩为两翼，头与身皆著毛，通引环纽，飞数百步，堕。”在意大利，十五世纪的著名画家达芬奇对鸟类飞行机理进行了比较系统的研究，他不仅认真观察研究了鸟类基本的飞行动作，而且做出较为科学合理的解释，并根据自己研究得到的结论，设计了由人力驱动的扑翼模型。

之后的很多年里，很多人对扑翼飞行进行了探索，对扑翼的研究有所进展，但发展速度缓慢。在此期间人们通过观察鸟类在空中翱翔发明了滑翔机，在固定翼飞机诞生后，人们渐渐放弃了扑翼的飞行方式。随着人类科学技术和生产力的进步，固定翼飞行器的飞行速度和载重得到大幅度提高，满足了人类生活生产的需要，此外固定翼飞行器的气动布局设计也逐渐成熟，因此，在很长的历史时期，研究人员的精力都致力于进一步提高固定翼飞机的各项性能指标，扑翼机的发展基本处于停滞状态。

1996 年，美国国防高级研究计划署（DARPA）启动了一项为期 4 年、投入3500万美元的微型飞行器研制计划。这引起了世界上许多国家的广泛关注，进行了相关技术的研究。虽然 DARPA 最初没有采用扑翼的飞行方式，但是进一步研究发现，固定翼飞行器在低雷诺数下气动力很差，采用固定翼的飞行方式很难达到设计要求。后来的研究发现，要获得足够的升阻比和抗干扰飞行技术，采用仿生扑翼的飞行方式，才是解决问题的出路。

经过数万年的生物进化，自然界的鸟类广泛地采用扑翼的飞行方式，在较低飞行雷诺数下鸟类利用翅膀的灵活运动和非定常空气动力获得高升力，而且飞行效率高，机动性好。随着对生物飞行机理认识地不断加深以及空气动力学、微电子机械技术和新材料的快速发展，仿生扑翼机目前已经成了一个新的研究热点，仿生扑翼机将在未来得到快速发展。{#Content_Pages#}

01 什么是扑翼无人机？

扑翼无人机是一种模拟鸟类或者昆虫飞行的新概念无人飞行器。

扑翼式微型飞行器是从自然界鸟类和昆虫的飞行仿生过来，它仿造鸟类的翅膀，利用自身的翼面机械扑动来产生动力，这种设计思路异于传统的飞行器设计，是一种新型的飞行器设计结构。扑翼结构在飞行过程中的气动性能远超于固定翼和旋翼结构，但根据现阶段掌握的技术条件，扑翼结构的稳定性较难控制，是目前探索研制的焦点。

02 扑翼无人机的主要组成部分

扑翼无人机由以下六部分组成：机体、机翼、传动器、驱动器、能量转换器（驱动电路）、锂聚合物电池。

小型扑翼无人机总体结构示意图

（1） 扑翼机机身由超轻碳纤维材料制成，能够为传动器和驱动器提供牢固的基础。

（2） 机翼由超薄APTIV薄膜制作而成，能够在较大空气动力负载的条件下保持坚挺和形状不改变，提供飞行所需的升力。

（3） 高能效行程放大机械传动器更容易实现扑动式驱动方式，提升了能效比。

（4） 驱动器将驱动电路输出的电能转化为足够的机械形变，驱动机翼往复扇动。

（5） 锂聚合物电池能够为扑翼机提供足够的能量。

（6） 能量转换器能将锂聚合物电池输出的直流低压信号转换为驱动器所需的高频高压信号。

03 扑翼无人机的优缺点

一是仿生上的优点，飞行形态和鸟类相似，中远距离侦查时迷惑性较强，不过可能用多了会被动保组织谴责，战场上可能导致出现大量杀鸟或声波驱鸟的情况，当然，也可以涂成其他隐蔽色进行迷彩伪装。

二是具有一般鸟类飞行的主要特点，续航飞行中产生的声音较小，隐蔽性较强，尤其在夜间侦察侦察，更加难以发现。

三是飞行控制能力更有优势，速度比旋翼无人机更快，飞控发展空间比固定翼无人机更大，更适合各种条件下的侦察任务执行。

四是理论能耗要小于螺旋桨无人机，在同等驱动技术下，无用能耗更小，理论续航更长，也很有执行任务的优势。

总之与常规无人飞行器相比，扑翼无人机具有体积小、隐蔽性好、重量轻、成本低、功能强、携带方便、操作简单等突出特点。

04 扑翼无人机主要应用领域及发展前景

扑翼无人机无论是在民用领域还是在国防领域，扑翼无人机都有十分广阔的应用前景。

微型扑翼无人机在军事上有广泛的用途，它可进行侦察，生化战剂的探测，目标指示，通信中继，武器的发射，甚至可以对大型建筑物及军事设施的内部进行监视。它特别适合于在城市作战中使用，它可以填补卫星和侦察机达不到的盲区。机上装备的摄像机、红外传感器或雷达可将目标信息传回，士兵通过手掌上的显示器，可以看到敌人的所在。如果装上电子鼻，它甚至可以根据气味跟踪人体目标。

在和平时期，微型无人机也是探测核生化污染、搜寻灾难幸存者、监视犯罪团伙的得力工具。