西工大新聞網(wǎng)10月7日電（孫靜怡 陳夢(mèng)雪）“姿態(tài)正常！導(dǎo)航正常！航線(xiàn)上傳完成！可以起飛！”2023年9月22日上午8時(shí)54分12秒，在秦嶺山麓的西北工業(yè)大學(xué)大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)，在國(guó)家級(jí)認(rèn)證機(jī)構(gòu)工作人員的見(jiàn)證下，西北工業(yè)大學(xué)仿生飛行器研究團(tuán)隊(duì)研制的“信鴿”仿生飛行器扇動(dòng)翅膀，輕盈地起飛。
“信鴿”在空中時(shí)而振翼疾飛，時(shí)而盤(pán)旋，時(shí)而隨風(fēng)滑翔。11時(shí)59分42秒，順利滑翔降落，3小時(shí)5分30秒的續(xù)航時(shí)間，打破了由該團(tuán)隊(duì)研制的“云鸮”仿生飛行器創(chuàng)造的2小時(shí)34分38秒的撲翼式無(wú)人機(jī)單次充電飛行時(shí)間吉尼斯世界紀(jì)錄。
據(jù)了解，同2022年11月15日創(chuàng)造撲翼式無(wú)人機(jī)單次充電飛行時(shí)間吉尼斯世界紀(jì)錄的“云鸮”仿生飛行器相比，“信鴿”機(jī)身更小，翼展不足“云鸮”的一半，重量約為“云鸮”的四分之一，是仿生飛行器在技術(shù)上的一次飛躍。
飛行中有鳥(niǎo)類(lèi)伴飛
不到一年的時(shí)間，接連突破吉尼斯世界紀(jì)錄，不斷超越仿生飛行器的技術(shù)極限，西北工業(yè)大學(xué)仿生飛行器研究團(tuán)隊(duì)一方面開(kāi)展鳥(niǎo)類(lèi)飛行機(jī)理研究，把機(jī)理研究成果應(yīng)用于仿生飛行器的研制；另一方面，積極參與10余場(chǎng)次演示演習(xí)活動(dòng)，從實(shí)戰(zhàn)中找尋和解決真需求、真問(wèn)題。
仿生撲翼飛行器模仿鳥(niǎo)類(lèi)等生物撲動(dòng)翅膀的飛行方式，因其質(zhì)量輕、體積小、噪音弱等特點(diǎn)，具有仿生性、隱蔽性和便攜性，一般為手拋起飛、滑翔降落，起降不受場(chǎng)地限制，可應(yīng)用于局地復(fù)雜環(huán)境隱蔽偵察、應(yīng)急救援信息獲取和野外生物科考等多個(gè)領(lǐng)域。
面向科技前沿，從鳥(niǎo)類(lèi)飛行機(jī)理研究入手，攻克關(guān)鍵技術(shù)
在空中展翅翱翔是人類(lèi)自古以來(lái)的夢(mèng)想，鳥(niǎo)兒的飛行姿態(tài)獨(dú)具魅力，飛行方式千變?nèi)f化，代表了人類(lèi)對(duì)飛行最原始的理解和追求，是自古以來(lái)人類(lèi)向往的夢(mèng)想，西北工業(yè)大學(xué)仿生飛行器研究團(tuán)隊(duì)把這種向往寄托到了仿生飛行器研究中。
仿生飛行器研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人宋筆鋒教授表示，自然界的鳥(niǎo)類(lèi)飛行能力驚人，研究它們的飛行機(jī)理和相關(guān)仿生技術(shù)，是發(fā)展新概念飛行器與提升現(xiàn)有飛行器性能的顛覆性技術(shù)，當(dāng)今世界航空強(qiáng)國(guó)也都將仿生飛行技術(shù)列入了重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。要研制性能優(yōu)越的仿生飛行器首先得研究鳥(niǎo)類(lèi)是怎么飛行的。
想要探索鳥(niǎo)類(lèi)的飛行機(jī)理，研究過(guò)程非常艱難。團(tuán)隊(duì)骨干教師薛棟副教授表示，團(tuán)隊(duì)通過(guò)觀(guān)察鳥(niǎo)的飛行，記錄下鳥(niǎo)類(lèi)飛行姿態(tài)，每一個(gè)影響因素的研究，都?xì)v經(jīng)上百次的迭代模擬，開(kāi)展仿真分析和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究，探索鳥(niǎo)類(lèi)高效飛行的秘訣。
仿生飛行器研究團(tuán)隊(duì)從鳥(niǎo)類(lèi)翅膀結(jié)構(gòu)、撲動(dòng)方式與飛行性能的內(nèi)在機(jī)理研究入手，詳細(xì)研究了鳥(niǎo)翼結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式等對(duì)飛行性能的影響機(jī)理。博士研究生劉康、稂鑫雨研究了鳥(niǎo)翼幾何外形、展縮與結(jié)構(gòu)變形對(duì)升力、推力的影響機(jī)理，得到了優(yōu)化的仿生翼外形，以及展縮與結(jié)構(gòu)變形方式；博士研究生包晗研究了小翼羽在鳥(niǎo)類(lèi)起降階段的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)小翼羽結(jié)合了前緣縫翼和渦流發(fā)生器的作用，有效抑制大迎角時(shí)翅膀前緣的流動(dòng)分離，顯著改善了起降性能；博士生吳濤等研究了多自由度撲動(dòng)方式對(duì)氣動(dòng)性能的影響規(guī)律，得到了顯著提高氣動(dòng)效率的撲動(dòng)方式；碩士研究生劉丹、劉夏茹研究了翼稍梢開(kāi)縫對(duì)飛行性能的影響，研究表明翼梢開(kāi)縫通過(guò)破碎翼尖渦可以有效減小誘導(dǎo)阻力。
通過(guò)機(jī)理性的研究，團(tuán)隊(duì)對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)如何高效飛行有了更深的理解，由此突破仿生飛行器設(shè)計(jì)中撲動(dòng)翼、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，研制了具有較高飛行性能的“信鴿”“云鸮”等仿生飛行器，續(xù)航時(shí)間等指標(biāo)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
不同翼平面形式影響機(jī)理研究
不同展縮形式影響機(jī)理研究
翼梢開(kāi)縫作用機(jī)理研究
面向?qū)崙?zhàn)需求，從一線(xiàn)實(shí)際應(yīng)用入手，找準(zhǔn)研究方向
解決研究領(lǐng)域的真需求、真問(wèn)題，這才是科研價(jià)值所在。團(tuán)隊(duì)樣機(jī)研制負(fù)責(zé)人宣建林副教授說(shuō)，“實(shí)戰(zhàn)需求是團(tuán)隊(duì)開(kāi)展仿生飛行器科學(xué)研究的根基，閉門(mén)造車(chē)、不和一線(xiàn)用戶(hù)交流，是做不出好研究的，我們只有去一線(xiàn)摸爬滾打，才能找到真問(wèn)題，才是真正面向?qū)崙?zhàn)需求。”
2022年以來(lái)，團(tuán)隊(duì)受邀參加多次演習(xí)演示活動(dòng)，“信鴿”“云鸮”仿生飛行器在北京、天津、河北保定、廣東廣州、湖南衡陽(yáng)、江蘇南京、福建廈門(mén)、四川稻城（海拔4100m）、新疆烏魯木齊和庫(kù)爾勒等全國(guó)10余個(gè)地區(qū)，完成了1500余架次的任務(wù)飛行。
“信鴿”在各地執(zhí)行飛行任務(wù)
“云鸮”在各地執(zhí)行飛行任務(wù)
在一場(chǎng)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中，研究團(tuán)隊(duì)積極找尋真需求，挖掘真問(wèn)題?！袄m(xù)航時(shí)間能不能再長(zhǎng)一點(diǎn)？”“載荷能力能不能再大一點(diǎn)？”“這個(gè)飛行器能抗幾級(jí)風(fēng)？能不能抗6級(jí)風(fēng)？”“新疆冬天氣溫低，這個(gè)飛行器能在低溫下飛行嗎？”......來(lái)自一線(xiàn)的一個(gè)個(gè)問(wèn)題，回到實(shí)驗(yàn)室就成為一個(gè)個(gè)必須要解決的科學(xué)難題，成為一項(xiàng)項(xiàng)研究課題，成為一位位碩博士研究生的研究方向。
有問(wèn)題就有方向、有動(dòng)力。在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的過(guò)程也正是將理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的過(guò)程，這些問(wèn)題也為我們提供了今后研改的方向，從工程問(wèn)題中提煉出科學(xué)問(wèn)題，研究改進(jìn)后再指導(dǎo)工程實(shí)踐，反復(fù)迭代，精益求精。“信鴿”仿生飛行器學(xué)生負(fù)責(zé)人、博士生柳柳帶領(lǐng)李榜、王世洋、種文斌、宋曉偉等工程師團(tuán)隊(duì)參與某部的試點(diǎn)應(yīng)用任務(wù)，連續(xù)8個(gè)月扎根一線(xiàn)，輾轉(zhuǎn)廣東、江蘇、湖南、新疆等多地。柳柳表示，當(dāng)飛行器真正面向?qū)崙?zhàn)化任務(wù)需求時(shí)，復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，變化的任務(wù)要求，陌生的任務(wù)地域都是對(duì)研究人員和研制成果的挑戰(zhàn)與考驗(yàn)，比如實(shí)戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)“信鴿”爬升慢的問(wèn)題影響著任務(wù)執(zhí)行的效率，課題組把撲動(dòng)翼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化列為一個(gè)研究課題，通過(guò)對(duì)多輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了飛行器的爬升性能，能夠快速到達(dá)指定高度。
“云鸮”仿生飛行器學(xué)生負(fù)責(zé)人、博士生孟瑞和飛控系統(tǒng)負(fù)責(zé)人、博士生翟晨光多次帶領(lǐng)劉嘉成、陳秋旭、孫新杰等工程師參與演習(xí)演示活動(dòng)，在西藏、甘孜等高原地區(qū)的試飛過(guò)程中，風(fēng)場(chǎng)環(huán)境很不穩(wěn)定，在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下，由于升降副翼操縱方式的操縱效率不足，“云鸮”飛行器難以按照預(yù)設(shè)航線(xiàn)飛行，甚至出現(xiàn)失速墜落的情況。通過(guò)深入研究撲動(dòng)翼的差動(dòng)控制方法，實(shí)現(xiàn)了滾轉(zhuǎn)操縱，提升了強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的操縱性能。孟瑞表示，從實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)研究有了更深刻的認(rèn)識(shí)，將實(shí)戰(zhàn)需求和自己的研究課題結(jié)合起來(lái)，把實(shí)戰(zhàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題變成科學(xué)問(wèn)題，努力去攻克、去解決的過(guò)程真是自己成長(zhǎng)最快的過(guò)程。
孟瑞博士
雙總師制，教研相長(zhǎng)培養(yǎng)“總師型”人才
麻雀雖小，五臟俱全。仿生飛行器研究涉及了飛行器設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、飛行控制、通信導(dǎo)航、任務(wù)載荷設(shè)計(jì)、能源動(dòng)力系統(tǒng)匹配等多個(gè)學(xué)科專(zhuān)業(yè)，從概念提出，到初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)，再到地面實(shí)驗(yàn)和飛行測(cè)試，全流程基本和大飛機(jī)設(shè)計(jì)都一樣。
研究團(tuán)隊(duì)實(shí)行研究生項(xiàng)目雙總師制度，每一型仿生飛行器任命教師總師和學(xué)生總師，不斷突破的過(guò)程是團(tuán)隊(duì)協(xié)作、精益求精的過(guò)程。每一次外場(chǎng)測(cè)試時(shí)，負(fù)責(zé)總體、撲動(dòng)翼、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同學(xué)都會(huì)參與進(jìn)來(lái)，一起解決飛行過(guò)程中遇到的問(wèn)題，討論改進(jìn)方案。最終經(jīng)過(guò)改進(jìn)、解決問(wèn)題，在不斷改進(jìn)的過(guò)程中，飛行器的性能得到了提升，團(tuán)隊(duì)成員們也積累了豐富的飛行器研制經(jīng)驗(yàn)。
“惟其艱難，才更顯勇毅；惟其篤行，才彌足珍貴?！痹谝淮未尾粩嗤黄瞥降膭?chuàng)新中，在一次次實(shí)踐任務(wù)的鍛造中，在一次次挑燈夜戰(zhàn)的奮斗中，仿生飛行器團(tuán)隊(duì)的研究生們?cè)诟芍袑W(xué)，在學(xué)中干，堅(jiān)定信念、勤學(xué)知識(shí)、苦練本領(lǐng)、增長(zhǎng)才干，逐漸成長(zhǎng)為“專(zhuān)業(yè)精、系統(tǒng)強(qiáng)，重實(shí)踐、能擔(dān)當(dāng)”的人才。
仿生飛行器團(tuán)隊(duì)畢業(yè)的研究生，絕大部分都入職我國(guó)航空航天領(lǐng)域的企事業(yè)單位，他們中有從事新一代戰(zhàn)斗機(jī)、大型運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)的，也有從事C919大型客機(jī)設(shè)計(jì)的，還有從事神舟載人飛船系統(tǒng)、天舟系列貨運(yùn)飛船設(shè)計(jì)的。
如神舟載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師邵立民在接受鳳凰衛(wèi)視采訪(fǎng)時(shí)所說(shuō)，“我在碩士和博士階段做的是撲翼飛行器的研究，一些靈感和想法都緣起于當(dāng)年在學(xué)校的學(xué)習(xí)和積累，這與后來(lái)從事載人飛船系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)是一脈相承的。在學(xué)校我們受‘公誠(chéng)勇毅’校風(fēng)的熏陶，受老師們的言傳身教，我們要永遠(yuǎn)懷揣家國(guó)情懷，不管從事什么職業(yè)，只有心懷國(guó)家和民族，才能在奮斗中獲得源源不斷的驅(qū)動(dòng)力。”從小小“仿生飛行器”到“大國(guó)重器”，仿生飛行器團(tuán)隊(duì)的優(yōu)秀畢業(yè)生們傳承著西工大人“公誠(chéng)勇毅”的精神追求，踐行著西工大人“為國(guó)鑄劍”的使命擔(dān)當(dāng)，把愛(ài)國(guó)情、強(qiáng)國(guó)志、報(bào)國(guó)行自覺(jué)融入實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的奮斗之中。
逐夢(mèng)藍(lán)天，激揚(yáng)未來(lái)。西北工業(yè)大學(xué)仿生研究團(tuán)隊(duì)將面向科技前沿和國(guó)家需求繼續(xù)勇毅前行，深入開(kāi)展鳥(niǎo)類(lèi)飛行機(jī)理研究，研制更加高效的仿生飛行器，推動(dòng)仿生飛行器在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，為國(guó)家和社會(huì)做出更多貢獻(xiàn)。
（審稿：宣建林）
