近期，我校航空學(xué)院宋筆鋒教授團(tuán)隊(duì)研制的“信鴿”仿鳥(niǎo)飛行器參加了中柬“金龍-2025”聯(lián)合演習(xí)，這是我國(guó)仿鳥(niǎo)飛行器首次飛出國(guó)門(mén)，參加國(guó)際聯(lián)合軍演，并受到央視新聞?lì)l道、國(guó)防軍事頻道的報(bào)道。
近日，央視科教頻道系列節(jié)目《智繪光谷·CMG世界機(jī)器人技能大賽》第六集“仿生無(wú)界”中，重點(diǎn)展示了該團(tuán)隊(duì)的“信鴿”和“云鸮”兩款仿鳥(niǎo)飛行器。
節(jié)目中，我校航空學(xué)院副教授楊文青和團(tuán)隊(duì)學(xué)生一起，向觀(guān)眾演示了“信鴿”和“云鸮”的“絕技”。
體型小巧的“信鴿”，不僅完成了低空繞飛任務(wù)，更是平穩(wěn)穿過(guò)了一個(gè)1平方米的狹小空間，完成了高難度動(dòng)作挑戰(zhàn)。
翼展達(dá)到1.8米的“云鸮”在主持人的見(jiàn)證下順利完成快速起飛、滑翔飛行和撲滑轉(zhuǎn)換，并在識(shí)別降落目標(biāo)后自主完成降落，成功完成了挑戰(zhàn)任務(wù)。
鳥(niǎo)翅類(lèi)別多樣，構(gòu)造與飛行方式復(fù)雜，飛行范圍跨層流與湍流混合區(qū)，鳥(niǎo)翅具有撲動(dòng)-扭轉(zhuǎn)-掃掠-展縮-彎折的復(fù)合運(yùn)動(dòng)特性，氣動(dòng)機(jī)理解析難，仿鳥(niǎo)飛行器設(shè)計(jì)方法缺失，研制“飛得久”“飛得像”“飛得穩(wěn)”的實(shí)用化仿鳥(niǎo)飛行器，成為國(guó)際上的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。
宋筆鋒教授團(tuán)隊(duì)潛心攻關(guān)，歷時(shí)24年，從“機(jī)理揭示”到“技術(shù)攻關(guān)”再到“樣機(jī)研制”，在國(guó)內(nèi)外率先建立仿鳥(niǎo)飛行器技術(shù)體系，率先在給定能源下實(shí)現(xiàn)“飛得久”“飛得像”“飛得穩(wěn)”的目標(biāo)，率先形成實(shí)用化產(chǎn)品，引領(lǐng)仿鳥(niǎo)飛行器研究的發(fā)展。
團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了“力-變形-渦系”耦合的仿真計(jì)算與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分析了上百種鳥(niǎo)翅，構(gòu)建了典型鳥(niǎo)翅的外形和運(yùn)動(dòng)模型，將鳥(niǎo)翅分類(lèi)為“升重類(lèi)”“推重類(lèi)”“推升類(lèi)”等3類(lèi)型式，建立了鳥(niǎo)翅臂手翼產(chǎn)生升推力的全新公式，揭示了鳥(niǎo)翅展弦向柔度、撲-扭-掃-展-彎耦合，以及小翼羽等微流動(dòng)結(jié)構(gòu)的增推、增升和減阻氣動(dòng)機(jī)理。
在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)——
一是發(fā)明了“外形-柔度-微結(jié)構(gòu)-運(yùn)動(dòng)-頻幅”的撲動(dòng)翼五步法設(shè)計(jì)方法。氣動(dòng)效率大幅提高，首次實(shí)現(xiàn)了升力大于翼自重的32倍，巡航飛行氣動(dòng)效率分別達(dá)到雀、鷹、鴿的84%、87%和90%，實(shí)現(xiàn)了“飛得久”。
二是發(fā)明了圓錐搖臂仿生復(fù)合撲動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了鳥(niǎo)類(lèi)三骨管骨骼肌肉系統(tǒng)的“撲-扭-掃-展-彎”5種復(fù)合撲動(dòng)，2.5個(gè)撲動(dòng)周期可滾轉(zhuǎn)90度，實(shí)現(xiàn)了仿鳥(niǎo)“飄葉起降”，外形動(dòng)態(tài)隱蔽性媲美鳥(niǎo)類(lèi)，實(shí)現(xiàn)了“飛得像”。
“金雀”飄葉起降
三是突破了高抗風(fēng)、撲滑穩(wěn)定轉(zhuǎn)換、避障以及整機(jī)高能效匹配等設(shè)計(jì)集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“飛得穩(wěn)”。團(tuán)隊(duì)研制了重量從30g到3000g的7型仿鳥(niǎo)飛行器，僅重25g的“金雀”續(xù)航時(shí)間達(dá)到30分鐘，每克重量航時(shí)大于1分鐘；“云鸮”和“信鴿”先后以154分鐘和185分鐘，創(chuàng)造和刷新了吉尼斯世界紀(jì)錄，是其他仿生飛行器最長(zhǎng)航時(shí)的2倍；“小隼”外形尺度、撲動(dòng)頻率與鳥(niǎo)相似度85%；“信鴿”“云鸮”外場(chǎng)飛行時(shí)，單機(jī)引領(lǐng)鳥(niǎo)類(lèi)飛行，多機(jī)帶領(lǐng)鳥(niǎo)群飛行，達(dá)到群體以假亂真，連自然界的“原住民”都認(rèn)不出這位“機(jī)械親戚”；“云鸮”安全飛行最大抗風(fēng)7級(jí)；“信鴿”實(shí)現(xiàn)10m/s的高速自主避障和穿越1平方米的窗口。
“信鴿”鳥(niǎo)類(lèi)伴飛
（文字：薛棟；攝影：陳昂；審核：李斌、馬西平）
