http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-05-28
偏航
俯仰
横滚
操纵人员练习试飞(连续摄影)
掌中的小小鸟
AeroVironment是一家研制无人机的专业公司,2003年他们建造的翼展1.38米的无人驾驶飞机Raven,首先出现在阿富汗战场。2006年,美国国防部先进研究项目局(DARPA)委托AV创制一种身体足够小、能飞进一扇开着的窗户的无人驾驶空中飞行器。这可花费了AV整整5年的时间,试用了不下300种不同的翅膀设计。最近,侦察机器人“超微蜂鸟”终于在加利福尼亚州完成了试验飞行。
超微蜂鸟是一架扑翼机,能像真蜂鸟那样拍打着翅膀在空中盘旋,执行观察拍摄,甚至还能后空翻飞行。它身长18厘米,比大多数品种的蜂鸟稍微大些、重些;总重18.7克,与一节AA电池相当。翼展16.5厘米,翅膀的骨架是中空的碳纤竿,表面是网孔纤维,覆盖着聚氟乙烯薄膜。飞行器是遥控的,但机载的计算机能执行速度和角度的修正。
机器人蜂鸟配备着摄像机,摄像角度由机身的角度确定。蜂鸟向前飞行时给出地面的视野,视频流回传给操作员,后者藉此指挥、导航;作盘旋飞行则有助于测量房间。
在试验飞行中,超微蜂鸟满足了DARPA制定的第二阶段之所有技术要求,在多数指标上还有所超越,通过这我们也能了解到它当前达到的水平。它需要做到:
● 精密盘旋飞行。
● 盘旋稳定性。需在时速8公里的侧风中盘旋并停留,顺风漂移不超过1米。
● 耐久力。无外来能源前提下连续盘旋8分钟。
● 飞行与控制能力。从盘旋快速切换到时速18公里向前飞行,或反之。
● 通过日常的门洞进到室内,再返回户外。
● 驾驶者观看蜂鸟传回的视频流实施操控,但不直接看到或听到它。
● 示范以鸟形身体和翅膀盘旋及快速向前飞行。
大家知道,飞机在空中有3个轴。以飞机重心处为原点建立一个三维坐标系,贯穿机头机尾的叫纵轴,贯穿机翼的叫横轴,垂直的叫竖轴。控制飞机绕这3个轴的转动,就能控制飞行的姿态。我们来看机器蜂鸟如何做到。
a偏航,就是转弯 如果在向前拍打时加大右翅膀的角度,在向后拍打时反之,蜂鸟将朝顺时针方向转弯。
b俯仰,是飞机绕横轴的转动 翅膀对称性地拍打。如果在向前拍打结束时和向后拍打开始时双翅的角度都减小,蜂鸟下俯并前进。
c横滚,是飞机绕纵轴的转动 只增加左翅膀的角度,左边产生的向上推力就较大,蜂鸟右滚。
AV公司该项目的首席研究员马特·肯诺称,这项设计突破了空气动力学设计的限制,灵感来自于自然界的动物。“不过我们并不奢望复制大自然能做到的事,那太难了,令人望而生畏,”他说,“比如,机器人蜂鸟每秒拍打翅膀20次,而真正的蜂鸟最多能每秒拍打80次。”现在的演示中机器人蜂鸟飞行了8分钟,工程师们希望通过进一步研发能实现更长久的飞行,希望它最终能像蜂鸟一样栖息在电线上。
他还说,最终的版本可能并不像蜂鸟,这玩意儿并不是随时随地可看见的,他认为模仿麻雀会是较好的选择。 稼正
[新民晚报]