无人机的下一个形态,已经在中国西北某大学,悄悄飞了3个小时
说起无人机,有人想起大疆,有人想起俄乌。目前消费级无人机的主流技术就两个,一是多旋翼,二是固定翼。
现在也有不少能垂直起降的固定翼无人机,但也可以看做二者的合体。但飞行性能方面,已经呈现了挤牙膏的趋势。无人机的天花板,难道就已经摸到了么?
并不是。
坐落在秦岭山脚下的西北工业大学,对,就是歼20总师的母校,又宣布了一个重要科研成果。这东西叫做“信鸽”扑翼无人机,它飞的时候跟鸟一样,完全是扇动翅膀前进的。
是的,它没有螺旋桨,也没有固定的机翼。
西工大的科研团队已经实现了单次充电飞行3小时,再次打破了由西工大自己保持的世界纪录。
信鸽扑翼无人机翼展70厘米,起飞重量260克,也就是半斤多点,大量采用高分子新型材料,非常轻巧,但是却依靠内置的电池飞行了3小时5分30秒。
这个纪录是9月22日在西工大新校区创造的,那里有一个专门用来测试无人机的场地,当时也有吉尼斯世界纪录的工作人员在场见证。
3小时的续航,是什么概念?
用260克的重量,实现3小时的续航,这又是什么概念?
不用我多说,懂行的都懂,这个新玩意儿续航效率太高了,比当前的无人机,简直是碾压般的优势。
能够实现这样的续航效率,要么电池很厉害,要么气动和结构材料很厉害。而西工大的信鸽扑翼机,两者都很厉害。
关于电池部分,西工大官网报道上没讲。我只能说,它的能源部分虽然没有革命性的提高,但也创新很多,这也是为啥暂时不能多说。
那就先说说这个扑翼无人机本身的构造。
不管是远看还是近看,西工大信鸽无人机都跟真正的鸟几乎一样,别说人的肉眼,就连老鹰也被骗到了。
因为西工大新校区在秦岭山脚下,有猛禽出没,有几次飞行测试的时候,一只老鹰就飞过来抓捕这只“鸟”,科研人员赶紧操作飞机降落。
降落后检查发现,飞机还是被老鹰的爪子抓破了,破了几个口子,好在损失不大。估计这老鹰也挺沮丧的,废了半天力气,还是没吃到一口。
西工大“小隼”扑翼无人机
这就是扑翼无人机最直观的一个优点——仿生外形,隐蔽性很强,不容易被发现。
如果用在军事上,那么不管是用肉眼还是用光电设备,这东西看起来就跟鸟一样,根本分辨不出来,你以为是个鸟,其实你已经被侦察发现了。
要是做成察打一体的,甚至可以想象电台里一片英语哇哇乱叫“sir we are under attack by birds”(我们被鸟攻击了!)想想俄乌战场上的无人机,打法还是比较原始,在真正的信息化军队手里,这东西的威力还会成倍增加。
当然,现在这个扑翼机的体量,还装不了多少载荷,带不了战斗部。但是带个侦察模块、通讯模块,还是足够了。而且,以后技术更成熟,只会越做越大,功能越来越强。
我军测试侦察扑翼机
伪装,只是扑翼机的优点之一,扑翼机还有很多好处,比如飞行效率高、机动灵活、噪音小。
鸟类的飞行效率极高,按同等重量来计算的话,远远超过人类的飞机。
比如说体重不到半斤的北极燕鸥,每年迁徙都要从格陵兰岛飞到南极,飞行上万公里,这个续航效率非常厉害;
几十斤重的大雁,一次升空就能飞上千公里,而同样几十斤重的无人机,顶多飞一百公里就没电了。塞斯纳172航程是1200公里,但重量已经是大雁的一百倍,效率也差了一百倍。
其实人类发明飞机之前,最早就是琢磨扑翼机,给两只手绑上个大翅膀,脚下穿个旱冰鞋,看能不能滑翔起来,但全都失败了。要模仿鸟类扑翼飞行,技术难题非常多,简直是人类工程学的噩梦。
首先是空气动力学原理,你看起来鸟儿就只是简单扇动一下翅膀,但实际上鸟的几十块肌肉、羽毛复杂作用,不仅要实现一个向上的升力,还要分出一个推动它前进的力,还要维持姿态平衡稳定。
扑翼机风洞试验
另外如果有风的时候,最好还能适当借助一下风力滑翔。这里一下就催生了几十个学科:
快速扑腾机翼产生大量局部不稳定气流,这是非定常空气动力学;
高频拍打机翼,材料容易疲劳损坏,这是材料问题;
控制飞行动作,需要精细控制机翼的每个弯曲程度,这是控制和算法问题……
每一个问题背后,都需要海量的实验和计算。
西方很早就意识到,搞扑翼机太困难了,从国家层面基本都放弃了研发,扑翼机的续航时间,一直只有几分钟、十几分钟。
但是最近二十年来,中国在航空航天方面厚积薄发,扑翼机、爆震发动机之类的新概念玩意儿,都慢慢搞了出来,而且现在研究进展已经明显超过了西方。
扑翼机的仿鸟类前缘设计
我在西工大上大学的时候,就见过学长测试扑翼无人机,当时可能只能飞十来分钟吧,在云天苑的操场上扑腾。
现在十多年过去了,已经提高到了3个小时,技术上具备了实用价值,未来潜力非常大。
本文用的图片,除了信鸽无人机,也有另一款“小隼”无人机,是西工大的另一个科研团队的成果,非常精巧。
当年无人机创新竞赛的时候,不光有扑翼机,还有滚翼机、折叠翼、伸缩翼,各种新概念设计。
其实里面大部分概念,美国NASA都搞过,但是美国又不会把数据给我们,我们必须自己都搞一遍,试一遍,才知道什么好,什么不好。而西工大之所以成了中国军工的扛把子,就是一代代西工大同学们,用大量的计算,用枯燥的实验,一点点积累起来的。
西工大的校风就四句话:基础扎实,工作踏实,作风朴实,开拓创新。
这十六个字没有华丽的辞藻,但就是非常接地气,非常实用,跟当年红军打仗的口诀一样,就是好用。
除了扑翼无人机,最近西工大的新成果,还有仿生魔鬼鱼,模仿蝠鲼的外形,可以连续航行60天,潜行几千公里,已经在南海开始了测试。
还有一个公开的,就是西工大造出了新一代爆震发动机,装在大号航模上开始飞行测试,以后可能作为空天飞机的动力。
当然也不光是夸奖这一个大学。北航南航哈工大,这些都是老牌航空航天院校,清华浙大复旦上交这些顶尖大学,也早就开设了航空航天学院和专业。当年我有幸和他们打过一些竞赛,他们都是很厉害的。
也正是这么多人参与进来,搞技术竞争,不管是在大众舆论,还是科研学术圈,都搞起来一波航空航天热潮。崇尚科技,对国家和民族来说,是一个好事。
我们常说一个词,内卷。现在无人机行业内卷就非常厉害,消费级一家独大,但剩下的细分市场竞争非常激烈,军用民用都卷得起飞。
十五年前,四轴无人机的控制算法都还是技术难关,很多小团队、小公司拼命搞攻关。谁能想到,现在的多旋翼无人机市场已经竞争如此激烈。早入局的吃到了红利,晚入局的只能喝汤。
那么十五年后呢?
别说十五年后,五年后的技术是什么样,也没有哪个人敢预测。
但是有一条是不变的,那就是必须跟当年一样,继续拼命搞技术攻关。
现在虽然说扑翼机目前重量还上不去,在材料方面也有不少问题,但谁知道未来会不会突破呢?如果能像蜂鸟那样悬停呢?能像大雁那样长途跋涉呢?就算做不大,不能载人,但是小型无人机市场本身潜力不够大吗?
我也不是说扑翼机就一定能在市场上大量应用,但是,扑翼机它就是无人机的下一个形态,它的潜力绝对不要轻视。
再说了,仿生学是个宝库,地球老母亲亿万年攒下来的东西,任何一个拿出来,都够人类科技学习好多年。
模仿苍蝇的复眼,搞出了相控阵雷达;模仿萤火虫,搞出了日光灯。模仿青蛙眼睛追踪小飞虫,搞出了电子蛙眼,每个机场都有配备。现在你跟我说模仿鸟类有什么鸟用?
对任何一个新技术,都不要轻易地说“有什么用”,哪怕确实发现目前用不了,但至少也是试错。
比如日本新能源的路走歪了,他们在细节上做的很好,可惜大方向错了,大量资源投给了氢燃料电池技术,但是我们现在知道这个路线很坑,坑在哪儿,就可以避免踩坑。氢能源很有前景,我们国内也不是没有搞氢能源,只是不作为电动汽车的主要方向。
回收标题,无人机的又一个新形态,已经在天上飞了3小时。如果你觉得这不值得关注,那就划走就行。
但既然已经看到这里了,如果你想想背后的本质,就会明白我们为什么要关注这些科技前沿的东西。
没人知道下一个风口是什么,但是,当所有人都说风口来了的时候,风口早就结束了。
格局打开,才是发展之道。
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