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北航自主研發(fā)撲翼飛行器 飛行續(xù)航時(shí)間破世界紀(jì)錄
來源： 新京報(bào)
作者：南皮縣產(chǎn)學(xué)研科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)中心
日期：
2022-10-22
1小時(shí)31分04秒98，這是由北京航空航天大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新研究院新概念飛行器團(tuán)隊(duì)自主研制與試驗(yàn)的“雙關(guān)節(jié)大鳥型撲翼飛行器”（簡稱“撲翼飛行器”）的飛行續(xù)航時(shí)間。10月21日，新京報(bào)記者從北航了解到，這一時(shí)間創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。
據(jù)介紹，吉尼斯紀(jì)錄機(jī)構(gòu)對(duì)國際上現(xiàn)存人造撲翼飛行器進(jìn)行了充分調(diào)研，認(rèn)為這一飛行器的續(xù)航優(yōu)勢(shì)具有較好的實(shí)際應(yīng)用前景，并將紀(jì)錄名稱確定為“撲翼式無人機(jī)單次充電飛行時(shí)間最長”。
“雙關(guān)節(jié)大鳥型撲翼飛行器”外形與鳥類“神似”。
撲翼飛行器優(yōu)于傳統(tǒng) 有重要應(yīng)用前景
白色的梭形身軀，在飛行中，一對(duì)近乎透明的翅膀像鳥一樣展開并扇動(dòng)飛翔，這是此次研發(fā)的撲翼飛行器在空中飛行的樣子。據(jù)介紹，這一飛行器此次長續(xù)航飛翔的背后，是北航前沿科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新研究院新概念飛行器團(tuán)隊(duì)在撲翼領(lǐng)域深耕近10年的努力。該團(tuán)隊(duì)由焦宗夏教授、趙龍飛副研究員牽頭，目標(biāo)是突破撲翼實(shí)用性分析與設(shè)計(jì)方法，爭取在撲翼飛行性能上取得本質(zhì)突破。
為何撲翼飛行器具有研究價(jià)值？據(jù)團(tuán)隊(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，撲翼飛行機(jī)理復(fù)雜，控制困難，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)要求極高，人造撲翼欲實(shí)現(xiàn)飛行能力，困難重重。1903年，萊特兄弟完成首次成功的載人動(dòng)力飛行，此后固定翼與直升機(jī)成為了主流航空運(yùn)輸平臺(tái)，撲翼飛行的探索自此長期沉寂。隨著航空技術(shù)高速發(fā)展，研究人員逐漸發(fā)現(xiàn)，即便最先進(jìn)的飛行器，在很多方面還是與自然界的鳥類、昆蟲等飛行生物相差甚遠(yuǎn)。由此，撲翼研究近年來重新成為研究熱點(diǎn)，在軍事偵查、火星探測、機(jī)場驅(qū)鳥、臨近空間飛行器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
由于撲翼設(shè)計(jì)既包含傳統(tǒng)飛機(jī)幾何參數(shù)，又包含多自由度柔性、運(yùn)動(dòng)參數(shù)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)等方面無法應(yīng)用已有飛行器設(shè)計(jì)理論。對(duì)此，北航團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“撲翼推進(jìn)波”理論，將周期撲翼運(yùn)動(dòng)構(gòu)建為時(shí)均解析波動(dòng)輸運(yùn)模型，打通由撲翼復(fù)雜參數(shù)快速評(píng)估氣動(dòng)性能的理論通道，進(jìn)而攻破撲翼正向優(yōu)化設(shè)計(jì)難題。相關(guān)理論多次發(fā)表于AIAA Journal等航空航天頂刊，并對(duì)撲翼飛行器的研發(fā)起到關(guān)鍵指導(dǎo)性作用。團(tuán)隊(duì)基于上述理論成果進(jìn)行了翼展20cm至2m的系列撲翼飛行器的樣機(jī)研制與飛行試驗(yàn)。
北航獲得的吉尼斯世界紀(jì)錄證書。
靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘w行規(guī)則 成功挑戰(zhàn)世界紀(jì)錄
2021年10月，北航團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了吉尼斯挑戰(zhàn)申請(qǐng)。這是因?yàn)榇饲皳湟盹w行器飛行時(shí)間均較短，大多只能達(dá)到半小時(shí)左右，顯著落后于常規(guī)布局的其它類型飛行器，實(shí)際應(yīng)用意義不高，因此撲翼的吉尼斯航時(shí)紀(jì)錄一直處于空缺狀態(tài)。為了紀(jì)錄立項(xiàng)，吉尼斯紀(jì)錄機(jī)構(gòu)對(duì)國際上現(xiàn)存人造撲翼飛行器進(jìn)行了充分調(diào)研，最終認(rèn)為如果挑戰(zhàn)者撲翼飛行器可以飛行1個(gè)小時(shí)，將對(duì)現(xiàn)存撲翼飛行器形成絕對(duì)續(xù)航優(yōu)勢(shì)，并具有較好的實(shí)際應(yīng)用前景，因此吉尼斯紀(jì)錄官方將續(xù)航1個(gè)小時(shí)作為撲翼飛行器首個(gè)航時(shí)紀(jì)錄的立項(xiàng)指標(biāo)，并將紀(jì)錄名稱確定為“撲翼式無人機(jī)單次充電飛行時(shí)間最長”。
北航研發(fā)的撲翼飛行器在挑戰(zhàn)世界紀(jì)錄。
“其實(shí)早在2021年初進(jìn)行航時(shí)初步測試時(shí)，撲翼飛行器實(shí)際飛行時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了53分鐘，其理論飛行效率超過大部分固定翼飛機(jī)。”上述負(fù)責(zé)人介紹，經(jīng)過動(dòng)力系統(tǒng)與機(jī)翼動(dòng)力學(xué)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了撲翼機(jī)性能的再一次躍升，達(dá)成了當(dāng)前紀(jì)錄挑戰(zhàn)的最佳狀態(tài)。受到疫情、限飛政策與天氣影響，最終的撲翼飛行挑戰(zhàn)時(shí)間確定于2022年7月21日。根據(jù)挑戰(zhàn)規(guī)則，飛行前，見證人必須確認(rèn)飛行器僅由電池供電，且不許采用太陽能電池，并在起飛前對(duì)電池進(jìn)行封裝，確保挑戰(zhàn)紀(jì)錄全過程電池沒有更換或充電。挑戰(zhàn)的全過程嚴(yán)格按照挑戰(zhàn)規(guī)則，如出差錯(cuò)，則將被認(rèn)定為挑戰(zhàn)失敗。挑戰(zhàn)過程由多位第三方見證人和計(jì)時(shí)員出席，并多機(jī)位進(jìn)行全程視頻記錄。
“當(dāng)撲翼飛行器留空50分鐘，貼近了此前的最好飛行狀態(tài)時(shí)，在場所有人都緊張起來，直到飛行器成功突破1個(gè)小時(shí)的續(xù)航，大家才松了一口氣。”見證此次飛行的工作人員回憶道，最終，在1小時(shí)20分鐘左右，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)飛行器電力即將達(dá)到極限，飛手利用僅有的剩余功率，盡可能將撲翼飛行器爬升到較大的高度，此后飛行器開始以最低電力維持平飛，最后緩慢下降，并安全降落。認(rèn)證過程所有源文件經(jīng)過吉尼斯紀(jì)錄中國代理與倫敦總部的聯(lián)合審查，給予挑戰(zhàn)通過，最終飛行器續(xù)航時(shí)間被認(rèn)定為1小時(shí)31分04秒98。
據(jù)介紹，在撲翼飛行器研究中，團(tuán)隊(duì)教師充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性。飛行器研制團(tuán)隊(duì)學(xué)生包含博士生、碩士生與本科生共12人，帶動(dòng)多項(xiàng)碩博士課題，本科生的創(chuàng)造性中間成果多次獲得科技競賽獎(jiǎng)項(xiàng)。
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