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北航自主研發(fā)撲翼飛行器 飛行續(xù)航時間破世界紀錄
來源： 新京報
作者：南皮縣產學研科技成果轉化服務中心
日期：
2022-10-22
1小時31分04秒98，這是由北京航空航天大學前沿科學技術創(chuàng)新研究院新概念飛行器團隊自主研制與試驗的“雙關節(jié)大鳥型撲翼飛行器”（簡稱“撲翼飛行器”）的飛行續(xù)航時間。10月21日，新京報記者從北航了解到，這一時間創(chuàng)造了新的世界紀錄。
據(jù)介紹，吉尼斯紀錄機構對國際上現(xiàn)存人造撲翼飛行器進行了充分調研，認為這一飛行器的續(xù)航優(yōu)勢具有較好的實際應用前景，并將紀錄名稱確定為“撲翼式無人機單次充電飛行時間最長”。
“雙關節(jié)大鳥型撲翼飛行器”外形與鳥類“神似”。
撲翼飛行器優(yōu)于傳統(tǒng) 有重要應用前景
白色的梭形身軀，在飛行中，一對近乎透明的翅膀像鳥一樣展開并扇動飛翔，這是此次研發(fā)的撲翼飛行器在空中飛行的樣子。據(jù)介紹，這一飛行器此次長續(xù)航飛翔的背后，是北航前沿科學技術創(chuàng)新研究院新概念飛行器團隊在撲翼領域深耕近10年的努力。該團隊由焦宗夏教授、趙龍飛副研究員牽頭，目標是突破撲翼實用性分析與設計方法，爭取在撲翼飛行性能上取得本質突破。
為何撲翼飛行器具有研究價值？據(jù)團隊相關負責人介紹，撲翼飛行機理復雜，控制困難，對機械系統(tǒng)要求極高，人造撲翼欲實現(xiàn)飛行能力，困難重重。1903年，萊特兄弟完成首次成功的載人動力飛行，此后固定翼與直升機成為了主流航空運輸平臺，撲翼飛行的探索自此長期沉寂。隨著航空技術高速發(fā)展，研究人員逐漸發(fā)現(xiàn)，即便最先進的飛行器，在很多方面還是與自然界的鳥類、昆蟲等飛行生物相差甚遠。由此，撲翼研究近年來重新成為研究熱點，在軍事偵查、火星探測、機場驅鳥、臨近空間飛行器等領域具有重要的應用前景。
由于撲翼設計既包含傳統(tǒng)飛機幾何參數(shù)，又包含多自由度柔性、運動參數(shù)，導致設計等方面無法應用已有飛行器設計理論。對此，北航團隊首創(chuàng)“撲翼推進波”理論，將周期撲翼運動構建為時均解析波動輸運模型，打通由撲翼復雜參數(shù)快速評估氣動性能的理論通道，進而攻破撲翼正向優(yōu)化設計難題。相關理論多次發(fā)表于AIAA Journal等航空航天頂刊，并對撲翼飛行器的研發(fā)起到關鍵指導性作用。團隊基于上述理論成果進行了翼展20cm至2m的系列撲翼飛行器的樣機研制與飛行試驗。
北航獲得的吉尼斯世界紀錄證書。
靠嚴謹?shù)娘w行規(guī)則 成功挑戰(zhàn)世界紀錄
2021年10月，北航團隊進行了吉尼斯挑戰(zhàn)申請。這是因為此前撲翼飛行器飛行時間均較短，大多只能達到半小時左右，顯著落后于常規(guī)布局的其它類型飛行器，實際應用意義不高，因此撲翼的吉尼斯航時紀錄一直處于空缺狀態(tài)。為了紀錄立項，吉尼斯紀錄機構對國際上現(xiàn)存人造撲翼飛行器進行了充分調研，最終認為如果挑戰(zhàn)者撲翼飛行器可以飛行1個小時，將對現(xiàn)存撲翼飛行器形成絕對續(xù)航優(yōu)勢，并具有較好的實際應用前景，因此吉尼斯紀錄官方將續(xù)航1個小時作為撲翼飛行器首個航時紀錄的立項指標，并將紀錄名稱確定為“撲翼式無人機單次充電飛行時間最長”。
北航研發(fā)的撲翼飛行器在挑戰(zhàn)世界紀錄。
“其實早在2021年初進行航時初步測試時，撲翼飛行器實際飛行時間已經達到了53分鐘，其理論飛行效率超過大部分固定翼飛機。”上述負責人介紹，經過動力系統(tǒng)與機翼動力學進一步優(yōu)化調整，團隊實現(xiàn)了撲翼機性能的再一次躍升，達成了當前紀錄挑戰(zhàn)的最佳狀態(tài)。受到疫情、限飛政策與天氣影響，最終的撲翼飛行挑戰(zhàn)時間確定于2022年7月21日。根據(jù)挑戰(zhàn)規(guī)則，飛行前，見證人必須確認飛行器僅由電池供電，且不許采用太陽能電池，并在起飛前對電池進行封裝，確保挑戰(zhàn)紀錄全過程電池沒有更換或充電。挑戰(zhàn)的全過程嚴格按照挑戰(zhàn)規(guī)則，如出差錯，則將被認定為挑戰(zhàn)失敗。挑戰(zhàn)過程由多位第三方見證人和計時員出席，并多機位進行全程視頻記錄。
“當撲翼飛行器留空50分鐘，貼近了此前的最好飛行狀態(tài)時，在場所有人都緊張起來，直到飛行器成功突破1個小時的續(xù)航，大家才松了一口氣。”見證此次飛行的工作人員回憶道，最終，在1小時20分鐘左右，團隊發(fā)現(xiàn)飛行器電力即將達到極限，飛手利用僅有的剩余功率，盡可能將撲翼飛行器爬升到較大的高度，此后飛行器開始以最低電力維持平飛，最后緩慢下降，并安全降落。認證過程所有源文件經過吉尼斯紀錄中國代理與倫敦總部的聯(lián)合審查，給予挑戰(zhàn)通過，最終飛行器續(xù)航時間被認定為1小時31分04秒98。
據(jù)介紹，在撲翼飛行器研究中，團隊教師充分調動了學生的積極性與創(chuàng)造性。飛行器研制團隊學生包含博士生、碩士生與本科生共12人，帶動多項碩博士課題，本科生的創(chuàng)造性中間成果多次獲得科技競賽獎項。
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