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新型无人机变身蝙蝠侠
来源 : 科学之家   发布时间 : 2016-04-06 14:38

图片说明:受蝙蝠翼膜的启发,最新研究设计的新型无人机机翼会随着环境条件而变换形状。 图片来源:Credit: University of Southampton


蝙蝠在追逐昆虫时,可借助自己的翼膜(与鸟类翅膀作用类似)在空中施展一番无与伦比的飞行特技,这连技术最好的试飞员都自愧不如。受此启发,近日,英国南安普顿大学(the University of Southampton)的工程学教授Bharathram Ganapathisubramani带领一组研究人员为微型无人机设计了一种新型的柔性翼膜状机翼。微型无人机的用途广泛,能用于侦查和科学作业,而新型柔性翼膜状机翼会随着环境条件而变换形状,能让微型无人机的飞行更有效率。Ganapathisubramani表示,如果将柔性机翼与刚性机翼做一比较,就会发现配有柔性机翼的飞行体验会高效得多。

起先,研究小组在当地海滩附近的水面上测试了自己设计的宽约46厘米的新型无人机模型,这种微型无人机就像水上飞机一样,可以掠过水面,安全着陆。蝙蝠的翼膜中有指骨镶嵌其中,翼膜展开时指骨会大开,相对应地,这种微型无人机的翼膜状机翼展开时,镶嵌其中的翼勒也会大开。它的机翼只使用了钝化膜,就实现了随着风力大小自我改变形状。

这些早期的测试当属开门红,不过Ganapathisubramani还想要进行进一步的研究。由于蝙蝠翼膜覆盖在血管网络中并且含有肌肉,所以它们可以随心所欲地改变翼膜的形状。也正是由于这个原因,蝙蝠可以快速改变飞行方向,并且可以在空中绕圈和俯冲,施展一系列飞行特技。

为了获得这种改变形状的效果,研究小组在新型翼膜状机翼上使用了一种聚合物,可以通过施加电压扩展和收缩。这种聚合物已被研究多年,可以作为一种人工肌肉。而由于聚合物的收缩程度只取决于电压,所以施加的电流可以很小。目前,研究小组已经在风洞里测试过这种新型翼膜状机翼设计,今后几年内会将这种设计配置在无人机上进行各项实验。

Ganapathisubramani表示,未来他们会将这种新型膜状机翼配置到无人机上,并在其机翼上运行电压。电压会令聚合物分子集体压缩,而在另一个方向上,聚合物分子又会集体扩展。

研究人员补充道,尽管翼膜状机翼不适用于商用飞机,但商用飞机的控制翼面也可以设计得灵活一些。例如,飞机副翼(安装在机翼后援外侧的一部分可动翼面)以及方向舵的边缘处可以用这种聚合物材料制造,这样一来,对飞机的控制就会更精准。如果飞机可以根据天气改变其机翼布局,那么燃料消耗量就会减少,飞行就会更顺利。(科学之家,编辑/译审:YWY)

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