【簡(jiǎn)介:】撲翼無(wú)人機(jī)優(yōu)勢(shì):其輕巧靈活,起飛降落影響因素小,便于攜帶等。
撲翼無(wú)人機(jī)缺陷:力臂長(zhǎng)度限制。
撲翼飛行器(英文學(xué)名:ornithopter),是指像鳥(niǎo)―樣通過(guò)機(jī)翼主動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生升力和前行力的
撲翼無(wú)人機(jī)優(yōu)勢(shì):其輕巧靈活,起飛降落影響因素小,便于攜帶等。
撲翼無(wú)人機(jī)缺陷:力臂長(zhǎng)度限制。
撲翼飛行器(英文學(xué)名:ornithopter),是指像鳥(niǎo)―樣通過(guò)機(jī)翼主動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生升力和前行力的飛行器,又稱振翼機(jī)。人類(lèi)的飛行夢(mèng)就是從撲翼飛行器開(kāi)始的,從固定翼初步實(shí)現(xiàn)的。目前固定翼飛行器已經(jīng)可以將人類(lèi)送上藍(lán)天,但撲翼夢(mèng)還在進(jìn)行中。
其特征是小、巧、靈、高。小指得是飛行動(dòng)物相比其它動(dòng)物來(lái)講體型小,最大的現(xiàn)存鳥(niǎo)能飛起來(lái)的體重最多四十公斤。巧指得是飛行動(dòng)物通過(guò)自然進(jìn)化生成了千奇百怪的飛行器宮、感覺(jué)控制系統(tǒng)。
靈指的是飛行動(dòng)物撲翼飛行靈活多變,可實(shí)現(xiàn)垂直起落、懸停、前飛、后飛、府沖、急轉(zhuǎn)等特技。高指的撲翼飛行效率極高尤其是飛行動(dòng)動(dòng)物體能與升力及長(zhǎng)途飛行能力上更是高效低耗。這就是人類(lèi)研究撲翼飛行的原動(dòng)力。
給你一雙翅膀,你也飛不起來(lái)?
曾獲得1933年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的奧地利物理學(xué)家薛定諤( Erwin Schr?dinger )在《生命是什么》一書(shū)中曾說(shuō)過(guò):
「 熵 」( entropy )是指系統(tǒng)內(nèi)部的無(wú)序程度。
宇宙運(yùn)行的趨勢(shì)是「 熵增 」( increase of entropy )――無(wú)序程度的增加。
然而,人類(lèi)生命存在的特點(diǎn)卻是「 負(fù)熵 」 ( negentropy )――從無(wú)序到有序。
人類(lèi)的存在,似乎注定要和宇宙進(jìn)行一番抗?fàn)帯?
比如,人類(lèi)本沒(méi)有鳥(niǎo)類(lèi)的翅膀,卻始終渴望像鳥(niǎo)類(lèi)一樣能夠自由飛行。
為了能飛上天,人類(lèi)嘗試了數(shù)千年。
問(wèn)題是,給人類(lèi)一雙翅膀,人類(lèi)能飛起來(lái)嗎?
約公元前852年,傳說(shuō)中一位名叫布拉杜德( Bladud )的不列顛國(guó)王,試圖通過(guò)給自己綁翅膀的方式,模仿鳥(niǎo)類(lèi)的飛行。結(jié)果,試驗(yàn)失敗,布拉杜德不幸墜地身亡。
公元19年,王莽為了與匈奴作戰(zhàn),大力網(wǎng)羅能人異士。當(dāng)時(shí),王莽聽(tīng)說(shuō)有人能飛,一日可飛行千里。于是王莽讓這個(gè)「 飛人 」展示自己的飛行技能。
「 飛人 」以大型鳥(niǎo)類(lèi)的翅膀作為自己的翅膀,而后在頭上和身上都粘上了羽毛。然而,飛行數(shù)百步之后,此人還是墜落下來(lái)了。
人類(lèi)的飛行夢(mèng)想,從何而來(lái)?
一種可能的猜測(cè)是:人類(lèi)在大地上生存,行動(dòng)能力有限,大地限制了人類(lèi)的活動(dòng)空間。而鳥(niǎo)類(lèi),可以突破大地的局限,在天空中自由地翱翔。
渴望像鳥(niǎo)一樣飛翔,就是渴望自由。
宋代詩(shī)人陸游在《大圣樂(lè)》中寫(xiě)道:「 從今去,任東西南北,作個(gè)飛仙。 」
徐志摩在散文《想飛》中寫(xiě)道:「 人類(lèi)最大的使命,是制造翅膀;最大的成功是飛! 」
對(duì)自由的極度渴望,讓人類(lèi)對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)的飛行產(chǎn)生了好奇和企盼的心情。
這種帶有好奇與企盼的心情又驅(qū)使著人類(lèi)不斷地追求飛行的夢(mèng)想。
但問(wèn)題的關(guān)鍵是:人類(lèi)到底怎樣才能飛上天呢?
鳥(niǎo)類(lèi)扇動(dòng)翅膀就能飛行,這種飛行方式被稱為 「撲翼飛行」 ( Flight by Flapping Wings ),其特點(diǎn)是飛行所需的「 推力 」和「 升力 」,全部由扇動(dòng)翅膀來(lái)提供。
那么,如果給人裝上翅膀,是不是人類(lèi)就能像鳥(niǎo)一樣飛行呢?
要么,把鳥(niǎo)的翅膀裝在人身上;要么,就自己動(dòng)手做一雙翅膀。
英國(guó)人布拉德和王莽時(shí)期的「 飛人 」案例,都是將鳥(niǎo)類(lèi)的翅膀安裝在人身上。但最終,都以失敗告終。
然而,人類(lèi)想要制造翅膀飛上天空的夢(mèng)想,卻從未因幾個(gè)人的失敗而被拋棄。
裝上鳥(niǎo)的翅膀沒(méi)有飛起來(lái),那就靠人類(lèi)自己來(lái)制造。
自己制作翅膀讓人飛起來(lái)了固然好,可如若失敗呢?那很可能一命嗚呼。
所以,古人的思路是,先嘗試讓其他東西飛起來(lái)。
古籍記載,春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期,墨子和公輸班都曾制作過(guò)飛行工具。雖然飛行時(shí)間不長(zhǎng),但仍具有重大意義。
東晉時(shí)期的葛洪,也曾記載過(guò)一種名為「 飛車(chē) 」的飛行工具。
不過(guò),由于記載不詳細(xì),目前還不能準(zhǔn)確了解葛洪所說(shuō)的「 飛車(chē) 」究竟是以什么原理飛行的,以及「 飛車(chē) 」能否真的能飛起來(lái)等問(wèn)題。
明朝時(shí),萬(wàn)戶曾以綁著47支煙花的椅子作為飛行器,試圖飛上天空。
然而,煙花點(diǎn)燃之后,萬(wàn)戶和他的椅子便一起消失了。
嘗試「 上天 」的不僅有中國(guó)人,外國(guó)人也在想方設(shè)法「 上天 」。
文藝復(fù)興三杰之一的達(dá)芬奇( Leonardo da Vinci ),就曾試圖設(shè)計(jì)人造翅膀來(lái)模擬鳥(niǎo)類(lèi)的飛行。
達(dá)芬奇模仿鳥(niǎo)類(lèi)設(shè)計(jì)的飛行器,依舊沒(méi)有讓人類(lèi)成功飛起來(lái)。
時(shí)間已過(guò)去兩千年,給人類(lèi)裝上翅膀飛起來(lái)的夢(mèng)想還是未能實(shí)現(xiàn)。
是翅膀不夠大?還是人類(lèi)太重?
亦或是這根本就是一件不可能的事情?
17世紀(jì)時(shí),意大利生理學(xué)家、物理學(xué)家博雷利( Giovanni Alfonso Borelli )對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)的飛行進(jìn)行了更為深入的研究。
博雷利經(jīng)過(guò)研究得出結(jié)論: 人類(lèi)不可能通過(guò)模仿鳥(niǎo)類(lèi)扇翅膀的方式飛起來(lái),主要原因是人的體力不允許。
他提出假設(shè)――如果人想要如鳥(niǎo)類(lèi)一樣飛行,就必須有寬1.8米的胸腔,否則人類(lèi)根本無(wú)法支撐起扇動(dòng)翅膀所需要的肌肉力量。
博雷利雖然給出了結(jié)論,卻還是未能從 「空氣動(dòng)力學(xué)」 ( Aerodynamics )的角度揭露人不能依靠翅膀飛行的原理。
直到1809年,英國(guó)科學(xué)家喬治?凱利( George Cayley )發(fā)表《論空中航行》( On Aerial Navigation )一文,人類(lèi)才真正搞清楚,為何自己不能像鳥(niǎo)類(lèi)一樣依靠扇動(dòng)翅膀飛行。
凱利認(rèn)為,鳥(niǎo)類(lèi)翅膀的扇動(dòng),可以同時(shí)提供飛行所需的「 推力 」和「 升力 」。而人類(lèi)模仿鳥(niǎo)類(lèi)所安裝的翅膀,則不能同時(shí)提供這兩種力。
對(duì)于人類(lèi)而言,只有將「 推力 」和「 升力 」的動(dòng)力來(lái)源分開(kāi),才有可能飛行( 現(xiàn)代的飛機(jī),由發(fā)動(dòng)機(jī)提供「推力」,機(jī)翼提供「升力」。飛機(jī)前進(jìn)時(shí),空氣逆向流過(guò)機(jī)翼,機(jī)翼上方的氣流壓強(qiáng)小于機(jī)翼下方,因此產(chǎn)生壓強(qiáng)差,產(chǎn)生向上的「升力」 )。
這種「 推力 」和「 升力 」分開(kāi)的方式,被稱為 「固定翼飛行」 ( Flight by Fixed-wing )。
凱利之后,人類(lèi)調(diào)整了實(shí)現(xiàn)飛行夢(mèng)想的思路――從「 撲翼飛行 」的研究,開(kāi)始轉(zhuǎn)向「 固定翼飛行 」的研究。
在掌握了飛行的基本原理之后,凱利開(kāi)始進(jìn)行固定翼飛行工具的設(shè)計(jì)。
從飛行方式的角度來(lái)講,鳥(niǎo)類(lèi)的飛行方式有兩種:一種是撲翼飛行;另一種是滑翔飛行(Glide flight)。
撲翼飛行的可能性被凱利否定后,能?chē)L試的飛行思路便只有第二種。
凱利設(shè)計(jì)的滑翔機(jī)( Glider ),正是借鑒了鳥(niǎo)類(lèi)飛行的滑翔姿態(tài)。
凱利開(kāi)啟了制造滑翔機(jī)的先河,但并沒(méi)有進(jìn)行大量的試飛。試飛這一任務(wù),后來(lái)由德國(guó)人奧托?李林塔爾( Otto Lilienthal )來(lái)完成。
1891年開(kāi)始,李林塔爾就開(kāi)始了飛行試驗(yàn)。1891年到1896年之間,李林塔爾一共完成試飛2000余次。
人類(lèi)對(duì)飛行夢(mèng)想的追求,總是伴隨著偉大生命的凋零。
不過(guò),李林塔爾生前已將自己的飛行經(jīng)驗(yàn)發(fā)表在了《大氣物理與物理學(xué)雜志》( Zeitschrift für Luftschifffahrt und Physik der Atmosph?re )和《普羅米修斯》( Prometheus )上,啟發(fā)了后人繼續(xù) 探索 飛行領(lǐng)域。
此后,人們迎來(lái)了人類(lèi)飛行史上真正為人所熟知的兩個(gè)人――萊特兄弟( Wright brothers:Wilbur Wright and Orville Wright )。
但鮮為人知的的是,萊特兄弟之所以能夠開(kāi)啟人類(lèi)飛行的新紀(jì)元,是因?yàn)樗麄? 吸收了凱利的理論和李林塔爾的2000多次的試飛經(jīng)驗(yàn) 。這點(diǎn)可以從萊特兄弟說(shuō)過(guò)的話中得到印證:
萊特兄弟之后,一位名叫馮如的中國(guó)人,也進(jìn)行了多次飛行試驗(yàn)。
「 馮如1號(hào) 」試驗(yàn)成功后,馮如回國(guó),創(chuàng)辦了「 廣東飛行器公司 」。
然而,就在馮如的飛行事業(yè)發(fā)展得如火如荼之時(shí),他本人卻在1912年的飛行表演中,因飛機(jī)墜毀離世,享年僅29歲。
在萊特兄弟、馮如的時(shí)代過(guò)去后,人類(lèi)飛行事業(yè)的發(fā)展,步入了技術(shù)爆炸時(shí)期。
20世紀(jì)的100年中,人類(lèi)在飛行領(lǐng)域取得的成就,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往幾千年的努力。
毫無(wú)疑問(wèn),這些飛行成就的取得,要?dú)w功于固定翼飛行方式的普及。
人類(lèi)雖然暫時(shí)擱置了撲翼飛行的方式,但終于卻憑借固定翼飛行的方式「 上了天 」。
然而,撲翼飛行的夢(mèng)想,卻始終在人類(lèi)的內(nèi)心深處藏匿著。
在固定翼飛行大獲成功的時(shí)候,還是有部分科研人員和飛行愛(ài)好者將目光投向了撲翼飛行。
上文提到的李林塔爾,不僅利用滑翔機(jī)開(kāi)展飛行試驗(yàn),還制作了人力驅(qū)動(dòng)的撲翼飛行器。
李林塔爾之后,人類(lèi)又制造了五花八門(mén)的撲翼飛行工具。
盡管從20世紀(jì)到21世紀(jì),出現(xiàn)了各式各樣的撲翼飛行工具,但這些飛行工具呈現(xiàn)出的結(jié)果距離人類(lèi)古老的撲翼飛行夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn),還有很遠(yuǎn)的距離。
鳥(niǎo)類(lèi)的撲翼飛行,是自然界中最優(yōu)的飛行方式,這是鳥(niǎo)類(lèi)自然選擇和進(jìn)化的結(jié)果。
人類(lèi)想要模仿這種飛行方式,無(wú)異于是在模仿自然的力量。人類(lèi)既追求飛行的自由,也追求模仿自然的自由。
只不過(guò),前一種自由似乎更難實(shí)現(xiàn)。
因此,現(xiàn)代科研人員將撲翼飛行的研究重點(diǎn),放在了「 微型撲翼飛行器 」( Micro Ornithopter )( 大小和昆蟲(chóng)、小鳥(niǎo)接近的撲翼飛行器 )的研究當(dāng)中。
嚴(yán)格來(lái)講,撲翼飛行依然在試驗(yàn)當(dāng)中,人類(lèi)的飛行夢(mèng)想至今仍是一個(gè)夢(mèng)。
盡管人類(lèi)已通過(guò)種種形式飛上了天空,但這并不是那個(gè)夢(mèng)想最初的樣子。
扇動(dòng)翅膀就能飛翔,才是最理想、最自由的飛行方式。
這種「不可能的自由」,讓一代又一代人不惜以生命為代價(jià)去追求。
在希臘神話當(dāng)中,克里特島( Crete )的國(guó)王米諾斯( Minoans )將伊卡洛斯( Icarus )和他的父親囚禁在一所迷宮當(dāng)中。
為了出逃,這位父親用蠟將鳥(niǎo)的翅膀粘在伊卡洛斯身上,并告誡伊卡洛斯不能飛得太高,否則太陽(yáng)會(huì)讓蠟融化。
然而,伊卡洛斯飛出迷宮之后,沉浸在飛行的愉快當(dāng)中。這種愉悅讓他忽視了父親的警告,忽視了飛得更高可能摔死的命運(yùn)。
結(jié)果,伊卡洛斯越飛越高,最終導(dǎo)致蠟融化、翅膀掉落,自己也墜海身亡。
現(xiàn)如今,人類(lèi)不僅飛上了天空,還飛向了茫茫的太空。
人類(lèi)不僅實(shí)現(xiàn)了太空漫步,還親自登上了月球,并且將探測(cè)器送上了火星。
這一切成就,都源自那個(gè)古老的飛行夢(mèng)想。
盡管這個(gè)夢(mèng)想曾經(jīng)看起來(lái)是那樣的遙不可及。
但是,哪怕付出慘痛的代價(jià),哪怕和命運(yùn)斗爭(zhēng)、和宇宙做斗爭(zhēng),人類(lèi)也要追求飛行的自由。
畢竟,「 以負(fù)熵為生 」是人類(lèi)生命的特點(diǎn)。
這,正是渺小人類(lèi)的偉大之處。