• 火箭院正在研制像蜜蜂一樣可變形的飛行器

    發布時間 : 2018-03-23     來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心

      鳥類和少數哺乳動物飛行時,會不停變換翅膀、頭部等部位的姿態,從而以最輕松自在的身姿飛得更久、更遠。
      未來,飛行器也能變換身姿。中國運載火箭技術研究院(以下簡稱“火箭院”)研發中心的設計師們模仿蜜蜂的腹部結構,開展可變形飛行器研究,將讓飛行器輕松飛更遠。 

     
    蜜蜂與未來飛行器

     
      據該項目設計師胡國暾介紹,空天飛行器如用于亞軌道旅游的重復使用運載器,要先穿越大氣層到達太空,然后再返回再入大氣層。再入過程中,為了節約燃料,飛行器會利用自身慣性滑翔一段時間,同時盡可能減小飛行阻力。
      如何讓飛行器更輕松自在地飛向更遠的地方,設計人員從蜜蜂的身體結構中獲得了靈感,胡國暾說:“蜜蜂的腹部由一節一節腹節組成,并由節間膜連接在一起,這種結構使得蜜蜂的腹部能夠自由伸縮,從而控制飛行方向。”

        
    △ 蜜蜂腹部分節構造和彎曲變形

      為了減小飛行器的飛行阻力,設計人員參照蜜蜂的腹部,將其頭部設計成可變形的錐狀。
      胡國暾介紹,當飛行器處在不同的飛行階段、氣動阻力不同時,會改變其頭部形狀,例如在滑翔階段,飛行器會將頭部伸展開,并像蜜蜂腹部一樣向下微微彎曲,“就好比人在風中前行,身體向前微傾,這樣風阻小點,人更輕松一點”。
      通過仿真,設計人員發現,在可承受的載荷前提下,變錐頭航天器可使錐頭部分氣動阻力降低20%以上,對有效增大航程有十分重要的意義。
      胡國暾說:“對于商業航天來說,航天器變形設計也很重要。若應用于太空旅游的重復使用運載器,可變形頭錐可降低阻力,減少燃料使用,那么就可以通過增加乘客數量來降低單人‘機票’費用,競爭力會大大提高。”

     
    仿生學與航空航天

     
      自上世紀中葉,仿生學概念被提出以來,各國學者開始研究仿生結構設計,為飛行器減阻減重。
      上世紀30年代,國外有研究機構就利用鋁箔制成六角型鋁蜂窩芯材料,用在飛機上,有效減輕了飛機重量。
      美國Florida大學的Lind課題組從海鷗翅膀獲得等效仿生機構,研制出兩自由度小型變體飛行器。

     
    △仿海鷗變體飛行器原理樣機

      德國科技公司費斯托(FESTO)的科學家發明了一種叫做SmartBird的機器鳥,它可以自主啟動、飛翔和降落,靈活程度媲美真正的鳥類。它可以在天空自主滑翔,并通過擺動尾巴和腦袋來改變方向,其逼真的外形令人難辨真偽。

     
    △SmartBird機器鳥

      美國的B1b轟炸機模仿鳥類翅膀,使用了可變后掠機翼,外翼段可在15度到67.5度之間變化,以適應不同速度下的飛行,有利于改善各高度飛行性能及起落性能,同時可增加航程。

     
    △美國B1b轟炸機

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