仿生扑翼飞行器的发展与展望
2024年扑翼机市场需求分析
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2024年扑翼机市场需求分析引言扑翼机,又称作微型无人机、蜻蜓机器人等,是一种类似昆虫扇动翅膀的机器人飞行器。
随着科技的快速发展,扑翼机作为新兴的无人机领域,受到了越来越多的关注。
本文将对扑翼机市场的需求进行分析,探讨其潜在的市场机会。
市场规模近年来,扑翼机市场呈现出快速增长的趋势。
根据市场研究机构的数据分析,2019年全球扑翼机市场规模约为1000万美元,预计到2025年将达到10亿美元。
这一规模的增长主要得益于扑翼机领域的迅速创新和应用拓展。
市场驱动因素1. 农业应用需求扑翼机在农业领域有广泛的应用前景。
它可以搭载各种传感器,实现对农田的巡查、病虫害检测等任务。
与传统的喷洒机相比,扑翼机可以更精确地施药,减少农药的使用量,提高农田的产量和质量,因此备受农民的青睐。
2. 窄巷道巡检需求扑翼机由于其小巧灵活的特点,非常适合于窄巷道等狭小环境的巡检任务。
在城市的下水道、通风管道等狭小空间中,无人扑翼机可以实现高效快速的巡检和维修工作,减少人力投入,提高工作效率。
3. 环保意识的增强随着全球环保意识的提高,传统的燃油动力飞行器越来越受到质疑。
扑翼机作为一种环保型无人机,其使用电力驱动且减少排放,符合现代社会对绿色出行的要求。
因此,扑翼机在环境保护领域有良好的市场发展前景。
市场挑战1. 技术瓶颈目前,扑翼机的技术仍然存在一些瓶颈,如续航能力不足、稳定性差等。
这些技术挑战限制了扑翼机的发展。
未来,需要进一步突破这些技术问题,提高扑翼机的性能和可靠性,以满足市场的需求。
2. 法律法规限制无人机领域的飞行安全和隐私问题备受关注,各国纷纷出台相关法律法规限制无人机的使用。
扑翼机作为一种新兴的无人机产品,同样受到了法律法规的限制。
市场发展受到了一定程度的影响。
市场前景尽管面临一定的挑战,但扑翼机市场的前景依然广阔。
随着技术的进步和市场需求的不断增长,扑翼机将在农业、巡检、环保等领域实现更广泛的应用。
同时,在规避法律法规限制的前提下,扑翼机市场有望继续蓬勃发展。
仿生扑翼飞行器的发展与展望
![仿生扑翼飞行器的发展与展望](https://img.taocdn.com/s3/m/8ab89a30e3bd960590c69ec3d5bbfd0a7956d523.png)
仿生扑翼飞行器的发展与展望仿生扑翼飞行器的发展与展望摘要:本文简要介绍了仿生扑翼飞行器的概念、特点及其历史,概述了仿生扑翼飞行器在国内外早期和当前的研究现状及未来的发展趋势。
在此基础上,就目前研究中迫切需要解决的一些关键技术进行了讨论,并结合目前研究情况,对我国仿生扑翼飞行器的未来发展前景进行了展望。
关键词仿生;扑翼飞行器;微型飞行器;关键技术Abstract:The concept,characteristics and usage of flapping-wing air vehicle are brieflyintroduced.The present research situation and future development trend of FA V are summarized.According to these,several key technologies of FA V are discussed.Taking into account the presentsituation .the future on the research of FA V in China is outlined.Key words:Bionics ; Flapping-wing air vehicle ; Micro air vehicle ; Key technology1仿生飞行的历史与进展1.1向鸟类学习在中国两千年以前的航空神话和传说中,就有“人要是长着翅膀,就能在空中飞行”、“人骑着某种神奇的动物,可以飞行”等反映古人飞行理想和愿望的文字记载。
多数昆虫长着一左一右两个或4个翅膀,他们都是飞行家,飞行技术非常高明。
但因为昆虫比较小,翅膀的运动速度太快,不易被观察,在古人眼里,只认为鸟类是可以模仿的、最好的飞行家。
传说中春秋时代(公元前770-前481)后期,鲁国著名的能工巧匠公输盘(有些史籍也记作“公输班”)研究并花费3年时间制造了能飞的木鸟,又名木鸢。
仿生扑翼飞行器研究进展及现状概述
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( ME MS ’0 0 ) ,Mi y a z a k i ,J a p a n,2 0 0 0 ( 1 ) :7 9 9 — 8 0 4 .
研制过程中的扑翼轨迹规划及驱动设计提供 客观依据 。
4 . 5 微 型扑 翼飞 行器 实现 智 能飞行 控 制
微型扑翼飞行器要实现智 能飞行 ,首先是对扑翼 飞行器 的 控制 ,微型扑翼 飞行 器在实 际飞行 过程 中会遇 到外力 的作用 ,
参
考
文
献
[ 1 ] 中昌富 ,姚磊 红 ,童 小燕 ,等. 仿鸽扑 翼飞行 的柔 性 变形研 究
例如阵风等于扰 ,这 时就需要有一定 的鲁棒性和抗干扰性 ,从 而保证 它能持续稳定 的飞行 ;其次微型扑翼 飞行器在飞行过程 中还得完成 一定 的姿态调整 ,例如平飞 、转弯 、侧飞 、俯仰甚 至 反转 等 ,要实现这 些姿态 ,就需要 控制系统来保 证。此外 , 微 型扑翼 飞行器在 飞行过程 中可能要执行一些任务 ,需要按照 预定 的轨迹航行 ,这就需要它具有一定 的自主导航能力 ;在飞
行过程 中也有可能会遇到一些障碍物 ,需要通过一定的避障措
[ J ] .机械制造, 2 0 1 4 ( 5 2 ) :3 7 — 4 0 .
[ 2 ] 李长龙.仿 生扑翼飞行器机构 的设计与研 究[ D] . 南京:南京航空
航 天大学,2 0 1 3 .
[ 3 ]顾明.微 型扑翼 飞行 器的研 究[ D] .合肥 :中国科 学技 术 大学 ,
2 0 1 3 .
2024年扑翼机市场前景分析
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2024年扑翼机市场前景分析1. 引言扑翼机(Ornithopter)是一种模仿鸟类飞行原理的飞行器。
它通过模拟鸟类挥动翅膀的运动,以产生升力与推力,实现飞行。
扑翼机作为一种新兴的飞行器类型,具有较大的技术挑战和商业前景。
本文将对扑翼机市场前景进行分析,并对其发展潜力进行探讨。
2. 市场概述扑翼机市场目前处于初级阶段,但随着航空技术的不断进步与飞行器设计的创新,其市场前景逐渐显现。
目前,扑翼机主要应用于科研领域、军事领域以及娱乐体验领域。
随着相关技术的成熟和商业模式的完善,扑翼机有望在未来的农业、物流、探索与救援等领域发挥更广泛的作用。
3. 技术挑战扑翼机的设计与制造面临着一系列的技术挑战。
首先,扑翼机需要模拟鸟类的翅膀振动,并通过机械装置实现有效的推力。
翅膀的设计与振动控制是关键问题之一。
其次,扑翼机在空气动力学和操控性能方面存在较高的要求,需要通过精确的控制算法和传感器实现稳定的飞行。
另外,扑翼机还需要克服能源供给以及噪音等问题。
未来,需要跨学科的合作以提高扑翼机的技术水平与性能。
4. 市场机会尽管扑翼机面临技术挑战,但其在市场上仍具备巨大的发展潜力。
首先,科研领域对扑翼机的需求将推动其技术的不断进步与成熟。
扑翼机可以模拟鸟类飞行,进一步研究鸟类飞行机理,为生物学和航空学等科学领域提供重要参考。
其次,军事领域对扑翼机的潜在需求也存在。
扑翼机具备低噪音、灵活性等特点,有望在侦察、监视、侦察等方面发挥重要作用。
最后,扑翼机作为一种娱乐体验设备,具备较高的市场吸引力。
人们可以通过驾驶扑翼机来体验独特的飞行感觉,满足对飞行的向往。
5. 市场挑战扑翼机市场发展面临着一些挑战。
首先,扑翼机的制造和维护成本较高。
由于其复杂的机械结构和独特的飞行原理,扑翼机的制造和维护需要高度专业化的人才和设备。
其次,扑翼机在操控和驾驶方面对使用者的要求较高,需要经过专业训练后才能驾驶。
另外,扑翼机的飞行时间和载重能力相对较低,限制了其在某些领域的应用。
2023年扑翼机行业市场环境分析
![2023年扑翼机行业市场环境分析](https://img.taocdn.com/s3/m/02e6ead4534de518964bcf84b9d528ea81c72f22.png)
2023年扑翼机行业市场环境分析
扑翼机是一种新型的飞行器,其实现了仿鸟飞行的原理,具有较低的能耗和噪音,且能够实现垂直起降和飞行稳定等特点,因此具有较广阔的市场前景和应用潜力。
下面就扑翼机行业的市场环境进行分析。
一、政策环境
目前国内国外都在加大对于无人机相关政策立法的力度,尤其是在安全和隐私方面的考虑,更加严格地限制了无人机的使用范围和细节操作,而扑翼机无人机在飞行过后可以恢复其体验自然状态,不会对环境和人造成危害,因此未来也有望得到国家政府的大力支持和鼓励。
二、市场需求
随着科技的进步和社会的发展,航空交通日益繁忙,这使得垂直起降和飞行稳定的扑翼机逐渐受到人们重视,在农业植保、物流配送、应急救援等领域有着广泛的应用,因此,扑翼机行业的市场需求非常客观。
三、竞争环境
目前市场上扑翼机的研发厂商比较少,主要由一些创业公司和新兴企业进军,市场的竞争相对来说还较小,但随着市场需求的逐渐增大,更多的企业将进入扑翼机行业,市场的竞争也会越来越激烈。
四、技术难点
扑翼机的飞行原理和诸多技术难题仍然需要在短时间内加以攻克,尤其涉及能耗和稳定控制等方面的研发,在技术创新和现有技术改进方面也需要不断加强。
因此,扑翼机的研发时间和成本都很长,给市场需求带来了很大的限制。
综上所述,扑翼机作为一种新兴的飞行器,其市场前景较为广阔,但是市场需求和技术创新仍然面临着诸多挑战。
随着技术的不断进步和应用的拓展,未来扑翼机行业将有更多的应用场景和市场发展空间。
仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术
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1. 引言自古以来,人们就梦想着在天空自由翱翔,对鸟在滑翔状态下的研究使人类乘着飞机上了天。
但在一般情况下,昆虫和鸟类翅膀具有很大的机动灵活性,生物超强的飞行能力也引起了人们的极大兴趣,如昆虫利用其薄如蝉翼的翅膀高频振动,能够实现前飞、倒飞、侧飞及倒着降落等特技飞行。
对生物生理结构和飞行机理的研究为仿制出具有更大飞行灵活性的新型扑翼飞行器打下坚实基础。
随着对生物飞行机理的认识和微电子机械技术(MEMS)、空气动力学和新型材料等的快速发展,仿生扑翼飞行器在目前已成为一个新的研究热点。
由于其在军事和民用上均具有广泛的应用前景,许多国家都已在这方面进行了研究,如美国加州大学伯克利分校、日本东京大学等都已经在这个领域进行了深入的研究探索工作,国内的科学家们也开始了这方面的基础和应用研究工作。
本文主要介绍了仿生扑翼飞行器的特点和关键技术,以及其在国内外的研究现状,并进行了对比分析思考,提出了相应的见解。
1. 仿生扑翼飞行器的特点仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行,基于仿生学原理设计制造的新型飞行机器。
该类飞行器若研制成功,那么与固定翼和旋翼飞行相比,它便具有独特的优点:如原地或小场地起飞,极好的飞行机动性和空中悬停性能以及飞行费用低廉,仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术o 周骥平 武立新 朱兴龙扬州大学机械工程学院[摘 要] 本文简要介绍了仿生扑翼飞行器的概念、特点及其应用,概述了仿生扑翼飞行器在国内外早期和当前的研究现状及未来的发展趋势。
在此基础上,就目前研究中迫切需要解决的一些关键技术进行了讨论,并结合目前研究情况,对我国仿生扑翼飞行器的未来发展前景进行了展望。
[关键词] 仿生;扑翼飞行器;微型飞行器;关键技术[Abstract] The concept, characteristics and usage of flapping-wing air vehicle (FAV) are brieflyintroduced. The present research situation and future development trend of FAV are summarized.According to these, several key technologies of FAV are discussed. Taking into account the presentsituation , the future on the research of FAV in China is outlined.[Keywords] Bionics; Flapping-wing air vehicle; Micro air vehicle; Key technology[作者简介]周骥平(1960-),男,扬州大学机械工程学院院长,博士,教授,研究领域: 机电一体化,机械设计理论与方法等.*基金项目:江苏省高校自然科学基金项目资助(02KJD460010)综述2004.6它将举升、悬停和推进功能集于一扑翼系统,可以用很小的能量进行长距离飞行,因此更适合在长时间无能源补充及远距离条件下执行任务。
扑翼飞行器发展概述
![扑翼飞行器发展概述](https://img.taocdn.com/s3/m/f6597442b42acfc789eb172ded630b1c59ee9bb0.png)
扑翼飞行器发展概述摘要:扑翼飞行器历史悠久,但早期受限于科学技术水平,扑翼飞行器的发展并不顺利;但是近年来,随着MEMS技术、空气动力学和新型材料等的发展,使如今扑翼飞行器的小型化、微型化成为可能。
本文简要介绍了扑翼飞行器的发展史以及新的发展趋向。
关键词:扑翼微型 MEMS扑翼飞行器(英文学名:ornithopter),是指像鸟—样通过机翼主动运动产生升力和前行力的飞行器,又称振翼机。
1.扑翼飞行器发展史达·芬奇在1485年设计了一架靠人力驱动的扑翼机,虽然这架扑翼机是无法飞行的,但它在驱动机构方面显示出很高的工程技巧。
由于受到工业发展水平的影响,早期的扑翼飞行器都是以人力驱动为主,如1902年的专利申请FR318525A中的一种人力扑翼飞行器,是通过一种类似自行车的机构结合扑翼构成的。
20 世纪初,俄罗斯科学家和设计师们在扑翼飞行器领域内取得了重大突破,但鉴于当时的科学以及工业水平,他们制造的扑翼飞行器也并非是理想的飞行器。
总结了失败的经验,科学家们重新进行计算设计,并通过试飞实践和所积累的理论资料,科学家们看到了许多问题,如:机翼煽动时的频率不够,并不足以产生理想的升力和推力。
重要的是,人们也逐渐意识到了仅靠人体自身肌肉的力量来驱动的扑翼飞行器是无法实现持续飞行的。
加拿大多伦多大学的DeLaurier致力于载人扑翼机的研制。
他和合作伙伴Harris在1991年制出一架自由飞模型,成功试飞并验证了全尺寸扑翼机所需要的一些技术。
1999,全尺寸载人样机进行了地面滑跑试验,试验中可以滑跑、加速、抬头并短暂离开地面,但没能实现起飞和爬升。
2.扑翼飞行器发展新趋势近年来,随着MEMS(微型机电系统)技术的迅速发展,微型飞行器成为了一个新兴的研究方向。
早在1982年,美国加洲大学伯克利分校就开始进行微型扑翼飞行的运动机理和空气动力学的实验研究,并在十几年研究的基础上于1998年开始实行微型扑翼飞行昆虫(MFI)的研究计划,目的是模拟苍蝇的独特飞行性能,设计出一种能够独立自主操纵的微飞行机器。
2023年扑翼机行业市场调研报告
![2023年扑翼机行业市场调研报告](https://img.taocdn.com/s3/m/70af573fcd1755270722192e453610661ed95adb.png)
2023年扑翼机行业市场调研报告根据市场调查和分析,扑翼机行业正处于快速发展之中。
随着科技的不断进步,扑翼机的技术不断更新,应用范围也越来越广泛。
以下是对扑翼机行业市场的详细调研报告。
一、行业概述扑翼机,是指一种模拟鸟类扑翼飞行的机器人,也称为仿生小鸟。
它利用电机驱动机翼上的扑翼和尾部的方向舵来控制姿态和飞行方向。
它不仅能够像鸟类一样自由飞行,还能够在狭窄的空间中灵活穿行,可以应用于环境监测、农业喷雾、救援、交通巡检、娱乐等多个领域。
二、市场现状目前,扑翼机在市场上的应用主要集中在环境监测、农业喷雾、救援、交通巡检、娱乐等领域。
其中,环境监测是扑翼机最主要的应用之一。
扑翼机可以通过搭载各种传感器来进行空气、水质、气象等环境参数的监测,能够在火灾、地震等自然灾害中及时派遣,对于灾后重建提供重要的数据支持。
农业喷雾是扑翼机另一个应用市场。
现代农业喷雾主要依赖于飞行器进行喷洒和防治,传统的无人机或飞艇方式效果并不理想,而扑翼机采用模拟鸟类飞行方式,能够更加精准、高效地进行喷雾。
同时,扑翼机喷雾因为喷发量小、雾粒细、喷洒密度高,减少了化肥和农药使用量,达到了环保、高效的目的。
救援和交通巡检是扑翼机日益发展的另一领域。
扑翼机可以利用自身小巧、灵活等特点,在灾害救援中及时搜救,在交通巡检中能够快速准确的检测交通违规情况,提高交通安全。
娱乐领域是扑翼机发展最快的领域之一。
近几年,扑翼机已经成为一个热门的娱乐项目,相继出现了扑翼机竞速、扑翼机翅膀训练等活动。
此外,扑翼机作为一种小型机器人,也受到了儿童和青少年的欢迎。
三、市场前景随着技术不断进步,扑翼机行业前景日益广阔。
未来,扑翼机将有望应用于更多领域,扩大自身市场规模。
一方面,扑翼机在环境监测方面具有广阔的应用前景。
扑翼机不仅能够进行空气、水质等环境参数的监测,还可以通过红外相机等传感器进行动物和植物种群监测。
这将为环境保护和生态保护提供更加全面、准确的数据,提高环境监测效率。
2024年扑翼机市场分析现状
![2024年扑翼机市场分析现状](https://img.taocdn.com/s3/m/a9b1c66d0622192e453610661ed9ad51f01d54a1.png)
2024年扑翼机市场分析现状介绍扑翼机是一种模仿鸟类翅膀扇动的飞行器,也被称为鸟类机器人。
它通过模拟鸟类的飞行方式,具有较高的机动性和操控性能,因此受到了广泛关注。
本文将对扑翼机市场的现状进行分析,并探讨其未来的发展前景。
市场规模和增长趋势目前,全球扑翼机市场规模正在不断扩大。
根据市场研究公司的数据,2019年全球扑翼机市场规模达到X亿美元,并预计在未来几年内将以X%的复合年增长率增长。
这主要归功于与扑翼机相关的多个领域的快速发展,包括消费电子、航空航天、安全和救援等。
市场驱动因素扑翼机市场的增长主要受到以下因素的驱动:1.技术发展:随着材料科学、电力系统和控制系统的不断进步,扑翼机的性能和操控能力得以大幅提升。
2.应用扩展:扑翼机已经被广泛应用于消费电子领域,如模型飞机和无人机。
此外,它还在航空航天、军事和安全救援等领域发挥重要作用。
3.生态友好:相比传统的固定翼飞行器和螺旋桨飞行器,扑翼机具有更低的能耗和噪音,更符合生态环境保护的需求。
4.娱乐消费需求:作为新兴的娱乐产品,扑翼机在年轻人中受到追捧,推动了市场需求的增长。
市场前景扑翼机市场在未来有着广阔的发展前景。
以下是一些可能的发展趋势:1.技术创新:未来,扑翼机将继续受益于材料科学、电力系统和控制系统等领域的技术创新,提高其性能和操控能力。
2.应用拓展:扑翼机将扩大其应用领域,应用于更多领域,如农业植保、环境监测和物流配送等。
3.自主飞行:随着人工智能和自主飞行技术的进步,扑翼机将能够实现更高程度的自主飞行,提高飞行效率和安全性。
4.个性化定制:市场将提供更多个性化定制的扑翼机产品,满足不同客户的需求和喜好。
挑战和风险尽管扑翼机市场发展前景广阔,但仍然面临一些挑战和风险:1.技术限制:扑翼机的技术仍然面临一些限制,如电池寿命、控制精确度等,需要进一步的研发和创新。
2.法规和安全:扑翼机的飞行受到航空法规和安全要求的限制,需要合理规划和管理。
仿生扑翼飞行器设计新进展
![仿生扑翼飞行器设计新进展](https://img.taocdn.com/s3/m/90a8a3cac5da50e2534d7fd6.png)
仿生扑翼飞行器设计新进展仿生扑翼飞行器是一种新型飞行器,其体积小、重量轻、隐蔽性好等特点在军事领域和民用领域受到广泛关注。
文章综述了仿生扑翼飞行器的结构分类和升力产生机理,总结国内外研究的理论成果,并介绍现阶段研究所面临的困难,阐述仿生扑翼飞行器的发展前景。
标签:仿生扑翼飞行器;仿生学;结构设计1 概述仿生扑翼飞行器是将推进、爬升和悬停集于一个撲翼系统的新型飞行器。
近年来,国内外专家着手于仿生扑翼飞行器飞行的姿态、空气动力学和能量转换等方面的研究,虽然取得了阶段性的成果,仍面临许多问题[1]。
随后将按照分类与布局、获取升力原理、研究成果和面临问题的顺序对扑翼飞行器国内外现状进行总结。
2 扑翼的分类国内外设计的扑翼飞行器主要有单对和双对两种驱动形式。
单对扑翼飞行器采用曲柄摇杆机构或压电材料驱动,可实现翅膀的怕打与扭转。
机翼设计成仿生骨架结构,采用碳纤维材料制成,再在骨架上粘贴仿生翼膜,形成类似蝙蝠翅膀的仿生翼。
这种仿生翼具有很高的强度和韧性有更高的横向稳定性。
双对扑翼飞行器是采用化学肌肉材料设计的一种仿生飞行器。
可借助MEMS 技术使飞行器尺寸微小化,其独特的飞行方式能够实现快速启动、长时间飞行和悬停,同时可以保持翅膀不动滑行一段距离,大大减少了能源的使用[2]。
3 扑翼产生升力的原理3.1 Weis-Fogh机制1973年,Weis-Fogh研究发现小黄蜂在起飞前两翅前缘相互靠拢然后迅速打开,此时在两翅中间形成低压腔,将周围空气快速吸入,在翅膀周围形成漩涡。
该漩涡附着在翼尖附近不脱落,给昆虫向上举升的力,从而产生瞬时高升力。
随后他又将这一现象从理论和实验角度进行分析,最终证明此现象为扑翼飞行产生升力的主要原因之一[3]。
3.2 延时失速效应1997年,英国剑桥大学的Ellington在空气流场中放入飞蛾的翅膀模型,模拟飞蛾的飞行姿态[4]。
实验发现扑翼下拍时在翅膀前缘产生一个强烈的前缘涡,使靠近前缘上表面形成低压区,上下翅面产生压强差,大大提高飞行所需升力。
2023年扑翼机行业市场发展现状
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2023年扑翼机行业市场发展现状扑翼机是一种模仿鸟类振翅飞行的机器人,可以在空中自由飞行,进行科学探测、安防监控、农业植保、物流运输等各种应用。
随着技术的不断发展和应用场景的不断扩大,扑翼机行业市场发展潜力巨大,正处于高速发展的阶段。
一、行业市场发展现状扑翼机行业市场发展现状主要表现在以下几个方面:1.市场规模不断扩大。
扑翼机行业市场在近几年持续发展,并且规模逐年扩大。
以全球市场为例,根据市场研究报告显示,全球扑翼机市场规模从2017年的1.4亿美元增长到了2021年的3.8亿美元,预计到2026年将达到9.3亿美元。
2.应用领域不断拓展。
随着技术的不断发展,扑翼机在应用领域也不断拓展。
除了传统的科学研究、教育科普之外,还在安防监控、农业植保、物流配送和消费娱乐等领域逐渐崭露头角。
特别是在消费娱乐市场,扑翼机逐渐成为人们追求个性化、高品质生活的重要载体。
3.技术创新加速推进。
扑翼机的技术创新是行业发展的重要驱动力。
国内外企业不断加大研发投入,推出更多性能更优越、功能更丰富的扑翼机产品,不断拓展应用场景。
例如,近年来国内一些企业推出了具有自主飞行和避障能力的机型,极大提升了扑翼机的智能化水平。
4.产业竞争格局加快形成。
随着市场的快速发展,越来越多的企业开始进入扑翼机行业,形成了竞争激烈的格局。
国外龙头企业占据了市场的主要份额,但国内企业的技术实力和产品智能化程度逐渐提升,正在逐步赶上。
二、市场前景展望未来几年,扑翼机行业将保持快速增长的态势,市场前景将更加广阔。
1.应用场景不断丰富。
扑翼机的应用领域将不断扩展和丰富,未来将不仅限于科学研究和教育科普,而是将涵盖更多的领域和行业,例如:城市公共安防、公共事务管理、交通物流、环境保护、消费娱乐等。
扑翼机的应用场景不断拓展,将推动市场规模进一步扩大。
2.技术创新不断深化。
扑翼机是综合应用多学科交叉的复杂系统,技术创新具有巨大的发展空间和潜力。
例如:传感器技术、通信技术、控制系统技术、多媒体技术、材料技术等,这些技术的不断发展和进步,将促进扑翼机技术水平的不断提升,为市场的快速发展提供强有力的技术支撑。
仿生扑翼飞行器的发展与展望
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仿生扑翼飞行器的发展与展望
随着科技的进步,人类已经取得了仿生飞行器的突破性进展。
仿生飞行器的发展历史可以追溯到20世纪50年代,当时科学家们开始研究自然飞行器的结构和飞行技术,以及如何将这些特性应用于人类制造的机器。
他们的努力使得许多仿生飞行器得以发展,包括仿生飞机、仿生蝙蝠、仿生鸟类等等。
近年来,仿生扑翼飞行器也受到了广泛关注。
仿生扑翼飞行器是受鸟类飞行的启发而设计的飞行器,它以两只扑翼的形式与空气相互作用,使飞行器可以实现自由悬停、高速飞行等机动行为。
与飞机相比,仿生扑翼飞行器具有更低的噪声水平、低能耗、可折叠构造等优势,在近程无人机和远程视频拍摄应用等领域可能产生重要的影响。
目前,仿生扑翼飞行器的研究和发展仍处于起步阶段,其中值得研究的领域包括飞行器本体结构设计、动力系统选择、飞行控制系统的模拟、航迹预测与自动避障等。
例如,在飞行器结构设计方面,除了轻量化和结构优化外,还可以考虑主动式扑翼、可屈曲翅膀等与传统翅膀不同的设计方案,以便更好地控制飞行器的飞行行为。
基于仿生学的扑翼机设计与仿真
![基于仿生学的扑翼机设计与仿真](https://img.taocdn.com/s3/m/34270c1d3a3567ec102de2bd960590c69ec3d8fe.png)
基于仿生学的扑翼机设计与仿真一、引言扑翼飞行器作为一种有机动能力的机器人,正在逐渐发展成为未来航空领域的重要组成部分。
而借鉴自然界的仿生学原理,是设计和优化扑翼飞行器的重要方法之一、本文旨在基于仿生学原理,设计并进行仿真分析扑翼机的运动特性和气动性能。
二、仿生学原理1.鸟类翅膀结构:鸟类翅膀的设计使得它们能够在空气中产生升力。
研究发现,鸟类翅膀呈现不对称的形状,上下表面的弯度不同。
这种不对称形状可以产生升力,并且还能减小气动阻力。
2.鸟类振翅模式:鸟类扑动翅膀的频率和振幅对飞行稳定性和效率至关重要。
实验观察发现,鸟类在起飞和飞行过程中,翅膀往往呈现上下振动和回旋运动的特点。
这种振翅模式可以减小气动阻力,并提高机体的机动能力。
在扑翼机的设计过程中,我采用了三维设计软件,模拟仿真扑翼机的运动特性和气动性能,并对设计参数进行优化。
1.扑翼机的翅膀结构2.扑翼机的振翅模式利用软件模拟了扑翼机在水平飞行和上升飞行过程中的振动频率和振幅。
通过改变振翅模式的参数,如频率和振幅,优化了扑翼机的飞行性能。
3.扑翼机的运动特性通过仿真分析,研究了扑翼机的俯仰、滚转和偏航运动特性。
通过改变机体的设计参数,如重心位置和机翼的位置,优化了扑翼机的运动性能和稳定性。
四、仿真结果与分析通过仿真分析,得出了扑翼机在不同飞行状态下的运动特性和气动性能。
结果表明,优化后的扑翼机具有较高的飞行效率和稳定性。
1.升力和阻力分析通过模拟扑翼机在不同速度下的飞行,得出了升力和阻力的变化曲线。
结果表明,在适当的速度范围内,扑翼机可以产生足够的升力,实现平稳的飞行。
2.振翅模式分析通过模拟扑翼机的振翅模式,得出了振翅频率和振幅对飞行稳定性和效率的影响。
结果表明,在一定的振翅频率和振幅范围内,扑翼机可以实现较高的机动能力和飞行效率。
3.运动特性分析通过模拟扑翼机的运动特性,得出了俯仰、滚转和偏航运动的变化曲线。
结果表明,优化后的扑翼机具有较高的运动稳定性和操控性能。
微型仿生扑翼飞行器研究综述
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Artificial Intelligence technology research•ITNS主题专栏:人工智能技术研究微型仿生扑翼飞行器研究综述徐韦佳6#姚奎6,宋阿羚6#施雯2#侯煜6(1.中国人民解放军陆军工程大学基础部,江苏南京211101;2.中国人民解放军陆军工程大学教研保障中心,江苏南京210001)摘要:基于仿生学原理的扑翼飞行器因质量轻、体积小、灵活性好、隐蔽性高等优点在军事和民用领域应用广泛,实现扑翼飞行器的微型化是未来发展方向%首先介绍了微型仿生扑翼飞行器的概念和特点,分析了研究背景和国内外研究现状及成果,在此基础上,就实现微型仿生扑翼飞行器需要解决的关键技术和难题进行了讨论,最后对我国微型仿生扑翼飞行器的应用前景作出展望%关键词:仿生;扑翼;飞行器中图分类号:V279文献标识码:A DOI:10.19358/j.issn.2096-5133.2020.10.002引用格式:徐韦佳,姚奎,宋阿羚,等.微型仿生扑翼飞行器研究综述[J].信息技术与网络安全,2020,39 (10):7-10,17.Survey of research on small and micro bionic flapping wing aircraftXu Weijia1,Yao Kui6,Song Aling6,Shi Wen2,Hou Yu6(1.Basic College,Army Engineering University of PLA,Nanjing211101,China;2.Teaching and Research Support Center,Army Engineering University of PLA,Nanjing210001,China)Abstract:The flapping wing aircraft based on the bionics principle is widely used in military and civilian fields due to its advantages such as light weight,small size,good flexibility,and high concealment.The miniaturization of the flapping wing aircraft is the future development direction.This article firstly introduces the concept and characteristics of the micro-bionic flapping wing aircraft,analyzes the research background and the current status and results of research at home and abroad.Based on this,the key technologies and problems that need to be s olved to implement the micro一bionic flapping wing aircraft are discussed.Finally,The application prospects of China#s miniature bionic flapping wing aircraft are prospected.Key words:bionic;flapping wing;aircraft0引言近年来,随着计算机技术、通信技术、微机电技术、人工智能等学科的发展,体积小、载重轻、速度慢的微型飞行器逐渐得到世界各国的青睐[1]#1992年,美国兰德公司研究机构首次提岀“微型飞行器”(Micro Aerial Vehicle,MAV)的概念,该微型飞行器区别于传统飞行器,外形小巧(翼展不超过150mm、重量为10-100g),在续航时间(20-60min)内能以巡航速度(30~60km/h)实现足够长的巡航距离(1-10km),有效载荷为1~18g,具备便于携带&操作简单&机动灵活&安全性好的优点,适用于军事场合[2],已成为世界各国重点研究的热门领域#1微型仿生扑翼飞行器的特点微型仿生扑翼飞行器是一种基于仿生学原理、通过模仿鸟类和昆虫飞行而设计制造的新型微型飞行器,具有尺寸小巧&质量轻&成本低廉&操作灵活等优点#空气动力学和仿生学的研究表明,对于尺寸与鸟类或者昆虫相近的微型飞行器,扑翼式飞行比旋翼和固定翼飞行更具优势[1]#当前,微型仿生扑翼飞行器的设计方向不断趋向于小巧&手提&随身携带&超低空飞行,灵活完成侦察和搜索任务#微型扑翼飞行器要在各领域中大展身手,还需具备完善的飞行控制系统、导航能力、能随外界环境变化而自行改变飞行高度和调整飞ITNS主题专栏:人工智能技术研究•Artificial Intelligence technology research行姿态、自动躲避障碍物、稳定性优良、信号采集和图像识别能力,这也是其未来发展方向#2研究背景微型飞行器按其产生升力的原理主要分为三种类型:微型固定翼飞行器、微型旋翼飞行器和微型扑翼飞行器&当前,微型固定翼飞行器应用最广,其翼保持固定,类似常规飞机,研制难度较小&旋翼微型飞行器不同于固定翼,其翼可以旋转,特点是可以悬停,且起飞要求低&随着微型固定翼飞行器和微型旋翼飞行器的技术越来越成熟,其自身难以克服的缺点也逐渐暴露岀来&固定翼飞行器的尺寸较大、机动性差,对于起飞和降落要求较高,且不能实现悬停飞行&旋翼飞行器虽然能够实现悬停飞行,但是仍然存在尺寸较大、机动性能较差、飞行效率低、耗能高等诸多缺陷研究表明,微型扑翼飞行器作为一种仿生微型飞行器,具有较高的升力系数和灵活的机动性[2],而且,由于微型扑翼飞行器不使用高速转动螺旋桨,不会产生噪声,因此隐蔽性更强,可以执行军事等特殊任务灼。
扑翼机行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告
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扑翼机行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告Analysis of the Current Status and Future Trends of the Flapping Wing Aircraft IndustryFlapping wing aircraft, also known as ornithopters, are a type of aircraft that mimic the flight of birds by using the flapping motion of wings to generate lift. The flapping wing aircraft industry is a relatively new and emerging market, with a lot of potential for growth and development in the future. In this report, we will analyze the current status of the flapping wing aircraft industry and forecast the future trends for the next three to five years.Current Status of the Flapping Wing Aircraft IndustryThe flapping wing aircraft industry is still in its early stages of development, with a limited number of companies and research institutions involved in the field. Most of the companies are small startups or academic research groups, with a few larger companies such as Festo and AeroVironment alsoinvolved in the industry. The industry is mainly focused on developing small-scale flapping wing aircraft for research and educational purposes, with some companies also developing larger-scale unmanned aerial vehicles (UAVs) for commercial and military applications.The current market for flapping wing aircraft is relatively small, with most sales coming from research institutions and universities. However, the industry has a lot of potential for growth in the future, with increasing interest in biomimetic design and the development of new materials and technologies for flapping wing aircraft. The industry is also expected to benefit from the growing demand for UAVs in various industries, including agriculture, transportation, and surveillance.Future Trends of the Flapping Wing Aircraft IndustryOver the next three to five years, we expect to see significant growth and development in the flapping wing aircraft industry. The following are some of the key trends that we anticipate:1. Increased focus on biomimetic design: With the increasing interest in biomimicry and the study of natural systems, we expect to see more companies and research institutions focusing on developing flapping wing aircraft that closely mimic the flight of birds and insects.2. Development of new materials and technologies: Advances in materials science and engineering are expected to enable the development of new lightweight and durable materials for flapping wing aircraft. In addition, new technologies such as artificial muscles and shape memory alloys are expected to enhance the performance and efficiency of flapping wing aircraft.3. Expansion into commercial and military applications: As the technology and capabilities of flapping wing aircraft improve, we expect to see a greater demand for larger-scale UAVs for commercial and military applications. This will create new opportunities for companies involved in the industry.4. Increased investment and funding: As the industry grows and matures, we expect to see increased investment and fundingfrom both public and private sources. This will enable companies to develop new technologies and products, as well as expand their operations and reach new markets.中文翻译:扑翼机行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告扑翼机,也称为仿生飞行器,是一种通过翅膀的扑动运动产生升力模仿鸟类飞行的飞行器。
仿生飞行器技术及其应用
![仿生飞行器技术及其应用](https://img.taocdn.com/s3/m/ccda54fa0d22590102020740be1e650e53eacf45.png)
仿生飞行器技术及其应用近年来,仿生学(bionics)成为一门备受瞩目的新兴学科,它致力于将自然界中的生物机能转化为人工系统。
在这个领域中,仿生飞行器技术引起了广泛的关注,其技术突破为无人机等技术创新带来了新的可能性。
本文将简要介绍仿生飞行器技术的基本原理和应用现状,并剖析其广阔的发展前景。
一、仿生飞行器技术的基本原理仿生飞行器技术将动物的自然运动方式和自身结构特征转化为人造机器的设计、制造和运用过程中的基本标准。
它在学习生物机理的基础上,将其移植到机器体系中。
仿生飞行器技术的核心在于将动物的特殊机能转化为机器的程序操作,从而实现复杂的任务。
人们在观察动物的过程中发现,动物有很多异常的能力,比如鸟类可以在飞行时调整翅膀的形状和角度,以保持稳定的飞行状态。
人们很自然地使用这些特殊能力来设计和制造仿生飞行器。
二、仿生飞行器技术的应用现状1. 无人机方面目前,无人机是仿生飞行器技术的最佳应用之一。
无人机的设计和制造可以受到鸟类和翼手龙等动物的启发。
人们可以模仿这些动物的飞行方式,实现更加准确和高效的飞行。
无人机在民用和军用方面都有广泛的应用,比如军事侦查、监测和救援等方面。
2. 飞行器材料仿生飞行器技术也促进了材料科学的发展。
针对仿生飞行器的特殊要求,科学家们可以更好地探索、制造和应用材料,比如实现更高的生物相容性、机械强度和稳定性。
这为仿生飞行器的研究和应用提供了更广阔的空间。
3. 纳米技术纳米技术与仿生飞行器技术的结合,可以为环境污染控制和能源储存等领域提供更好的技术支持。
研究人员发现,吸附于蝴蝶翅膀表面的微小毛细结构,均比纳米材料具有更高的吸附能力。
这一技术可以被应用于环境治理和能源储存等领域。
三、仿生飞行器技术的发展前景从现有的仿生飞行器技术应用现状来看,仿生飞行器技术在未来几十年的发展前景非常广阔。
目前,人们已经开发出了各种不同类型的仿生飞行器,并利用它们进行了各种实验和测试。
未来的研究外展资源为我们提供了极大的潜力。
2023年扑翼机行业市场调查报告
![2023年扑翼机行业市场调查报告](https://img.taocdn.com/s3/m/092cd379590216fc700abb68a98271fe910eafa0.png)
2023年扑翼机行业市场调查报告扑翼机是一种以类似鸟类扑翼的运动机制进行飞行的机器人。
近年来,扑翼机行业迅速发展,市场需求潜力巨大。
本市场调查报告将对扑翼机行业的发展情况、市场规模、竞争格局、发展趋势以及影响因素等进行综合分析,为投资者提供参考。
一、市场背景随着人类对飞行技术的探索和技术的不断进步,扑翼机作为一种全新的飞行形式,具有较大的市场潜力。
扑翼机适用于农业喷洒、环境监测、应急救援、科学研究等领域,特别适用于复杂地形条件下的搜救任务。
二、市场规模根据行业数据,扑翼机市场规模不断扩大。
2019年全球扑翼机市场规模约为10亿元人民币,预计到2025年将达到100亿元人民币,年均增长率约为40%。
市场规模呈逐年增长趋势,具有较高的投资价值。
三、竞争格局目前扑翼机市场竞争格局较为混乱,主要参与者有国内外的科技企业和创业公司。
国内企业主要有某航空技术公司、某科技集团公司等,国外企业主要有某航空公司、某科技公司等。
由于技术门槛相对较高,市场上的知名品牌相对较少。
市场上主要的竞争优势在于产品的飞行稳定性、携带能力以及续航时间等方面。
四、发展趋势未来扑翼机行业发展趋势主要有以下几点:1. 技术升级:随着科技不断进步,扑翼机的飞行稳定性、携带能力以及续航时间将进一步提高,能够实现更多复杂任务。
2. 应用广泛化:扑翼机的应用领域将迅速扩大,不仅仅局限于农业喷洒、环境监测等领域,还可以应用于农田灌溉、航空摄影等领域。
3. 高效节能:扑翼机具有低耗能、低排放的特点,具有较大市场潜力。
4. 创新发展:扑翼机行业需要不断创新,研发更加高效、安全的产品,以满足市场需求。
五、影响因素扑翼机行业的发展受到多个因素的影响,主要有技术发展水平、市场需求、政策支持以及国内外竞争等。
其中,技术发展水平是行业发展的关键因素,技术的不断升级将推动行业的进一步发展。
六、总结扑翼机行业作为一种全新的飞行形式,具有较大的市场潜力。
随着技术的不断创新和市场需求的扩大,扑翼机行业将迎来更好的发展机遇。
仿生科技在航天领域创新发展前景估计
![仿生科技在航天领域创新发展前景估计](https://img.taocdn.com/s3/m/b05e2fe6dc3383c4bb4cf7ec4afe04a1b071b0d4.png)
仿生科技在航天领域创新发展前景估计引言:航天技术的发展一直以来都是人类科技进步的旗舰,人们期望通过航天技术的创新来探索宇宙、揭示宇宙的奥秘。
然而,航天技术的发展面临诸多挑战,如重量限制、环境适应等。
仿生科技作为一种将生物学原理应用于工程技术的科技领域,提供了新的解决方案,改变了传统航天技术的限制。
本文将探讨仿生科技在航天领域创新发展的前景,并分析其中的优势和挑战。
优势:1. 结构优化:仿生科技借鉴了生物体的结构,将其运用于航天器的设计中。
以仿生鸟类为例,其骨骼结构轻巧而坚固,适应了长时间在空中飞行的需求。
航天器通过仿生科技的应用,可以使其结构更加紧凑而坚固,降低重量的同时提高运载能力。
2. 环境适应:航天器在宇宙中面临着严酷的环境,如高温、低温、真空、辐射等。
仿生科技的应用可以通过模仿生物体自身对环境的适应能力,提高航天器的耐受能力。
例如,仿生植物的叶子表面可以防止水分蒸发,将其应用于航天器的外层材料,可以有效提高航天器在宇宙环境中的耐受能力。
3. 能源效率:仿生科技可以从生物体的能量转换过程中汲取灵感,从而提高航天器的能源效率。
以仿生鳗鱼为例,其身体可以转化化学能量为电能。
如果能将仿生鳗鱼的能量转换机制应用于太阳能电池板设计中,便能大幅提高航天器使用太阳能的效率,延长其在太空中的运行时间。
挑战:1. 生物复杂性:生物体的结构和运行机制往往十分复杂,对于工程师来说理解和模仿生物体的功能是一项挑战。
仿生科技需要跨学科的合作,将生物学、工程学等不同学科的知识融合在一起,才能成功应用于航天器的创新设计。
2. 材料选择:仿生科技的应用需要选择合适的材料,以使仿生航天器的性能达到预期效果。
然而,目前可供选择的仿生材料种类相对有限,需要进一步的研究和发展。
此外,仿生材料的制造成本较高,也会对仿生航天器的应用造成一定的限制。
3. 长期可靠性:航天器需要具备长期的可靠性以保证任务的成功完成。
然而,仿生科技的应用对于航天器的长期可靠性还需要进一步的验证。
2023年扑翼机行业市场前景分析
![2023年扑翼机行业市场前景分析](https://img.taocdn.com/s3/m/55dd2550571252d380eb6294dd88d0d233d43c3e.png)
2023年扑翼机行业市场前景分析扑翼机作为一种新兴的飞行器,目前市场前景广阔,与传统的直升机和固定翼飞机相比,具有独特的优势和特点。
未来随着技术的不断进步和市场需求的不断增长,扑翼机市场前景将会更加光明。
下面从市场需求、技术发展以及政策环境等方面分析扑翼机行业市场前景。
一、市场需求1.新兴市场需求的增加随着全球经济的高速发展,人们对于快速、安全、高效的交通方式需求越来越大,扑翼机具有快速起飞和降落的特点,并且可以在较小的空间内操作,非常适合于城市的短距离交通需求。
除此之外,扑翼机还具有地形适应性强、使用成本低等优势,可以广泛应用于救援、商业运输、旅游、环境监测等领域。
2.军事应用的需求扑翼机在军事领域的运用也越来越广泛,可以用于侦察、情报搜集、无人值守侦察机、反无人机等领域。
尤其是在抗洪救灾、边境巡逻等任务中,扑翼机可以用于低空侦察和援救,具有独特的优势。
二、技术发展1.动力技术的提升扑翼机动力技术的不断提升,将会提高扑翼机的普及程度和使用范围。
目前,扑翼机主要使用的是古尔德翼技术,但是在未来,通过发动机、涡轮等动力系统的改进,扑翼机的性能将会更加卓越。
2.智能化技术的发展随着人工智能技术的发展,未来的扑翼机将会更加智能化和自主化。
人工智能技术将会用于扑翼机的与地面控制系统的通信、导航控制、自主避障等方面,提高了扑翼机的自主实现。
三、政策环境国家对于无人机和飞行器的监管日趋严格,加强了对扑翼机的监管力度。
同时,政府对于扑翼机的推广力度不断加强,将会促进扑翼机市场的快速发展。
未来也有可能出台一些对于扑翼机的专门政策,以更好地促进扑翼机市场的发展。
综上所述,扑翼机市场前景非常广阔,尤其在城市交通、救援、旅游等领域,将会有更加广泛的应用。
随着技术的不断发展和政策环境的不断改善,扑翼机市场将会迎来更加光明的未来。
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仿生扑翼飞行器的发展与展望摘要:本文简要介绍了仿生扑翼飞行器的概念、特点及其历史,概述了仿生扑翼飞行器在国内外早期和当前的研究现状及未来的发展趋势。
在此基础上,就目前研究中迫切需要解决的一些关键技术进行了讨论,并结合目前研究情况,对我国仿生扑翼飞行器的未来发展前景进行了展望。
关键词仿生;扑翼飞行器;微型飞行器;关键技术Abstract:The concept,characteristics and usage of flapping-wing air vehicle are brieflyintroduced.The present research situation and future development trend of FA V are summarized.According to these,several key technologies of FA V are discussed.Taking into account the presentsituation .the future on the research of FA V in China is outlined.Key words:Bionics ; Flapping-wing air vehicle ; Micro air vehicle ; Key technology1仿生飞行的历史与进展1.1向鸟类学习在中国两千年以前的航空神话和传说中,就有“人要是长着翅膀,就能在空中飞行”、“人骑着某种神奇的动物,可以飞行”等反映古人飞行理想和愿望的文字记载。
多数昆虫长着一左一右两个或4个翅膀,他们都是飞行家,飞行技术非常高明。
但因为昆虫比较小,翅膀的运动速度太快,不易被观察,在古人眼里,只认为鸟类是可以模仿的、最好的飞行家。
传说中春秋时代(公元前770-前481)后期,鲁国著名的能工巧匠公输盘(有些史籍也记作“公输班”)研究并花费3年时间制造了能飞的木鸟,又名木鸢。
如图所示1.2实现飞行1783年,法国蒙哥尔费兄弟发明热气球并载人飞行,开始了人类真正的空中航行。
在人类利用轻于空气的航空器获得成功的同时,也对重于空气的航空器一飞机进行探索和试验。
英国的乔治.凯利(Cayley G)率先提出利用固定机翼产生升力的概念,他把鸟的飞行原理从上升和推进两种功能区别开来,设计制造了能载人的滑翔机。
1903年莱特兄弟在滑翔机基础上加装自制内燃机制成的“飞行者”1号试飞成功,持续时间59秒,标志着动力飞机飞行成功,开辟了人类的飞行新纪元,人类翱翔蓝天的梦想得以真正实现。
1.3微型飞行器1992年,美国国防高级研究计划局召开了关于未来军事技术的研讨会,第一次提出了微型飞行器MAY(Micro Air Vehicle)的概念,并提出其量级与昆虫及小鸟相似。
从现有的研究情况看,微型飞行器按其飞行方式可分为传统的固定翼布局、旋翼布局和仿生扑翼式布局3类。
固定翼式和旋翼式微型飞行器的研究迄今为止都达到了相当的水平。
2000年8月,“Black Widow”原型机经过不断改进后,留空时间达到30分钟,最大活动半径为1.8km,最大飞行高度约235m,飞行重量为80克。
旋翼微型飞行器因能垂直起降和悬停,比较适宜于在室内等狭小空间或较复杂地形环境中使用。
回顾人类飞行的历史,研究者们重新认识到,纵观自然界的飞行生物,无一例外均采用扑翼的飞行方式,扑翼飞行是生物进化的最优飞行方式。
于是人们又开始着眼于扑翼飞行器的研究。
微型扑翼飞行器的机动性、灵活性及低能耗等方面可与蜻蜓、蜜蜂、或蜂鸟等飞行生物相媲美。
经过近20年来研究者们的共同努力,微型扑翼飞行器在仿生学飞行机理、能源和驱动、运动和控制、通信和传感等当面都取得了很大的进展。
随着微型扑翼飞行器研究的深入,有关扑翼飞行器翅翼的驱动方式也成为这一领域的研究热点之一。
2仿生扑翼飞行器的特点仿生学研究表明,动物飞行能力和技巧的多样性多半来源于它们翅膀的多样性和微妙复杂的翅膀运动模式。
仿生扑翼飞行器在低速飞行时所需的功率要比普通飞机小得多,并且具有优异的垂直起落能力,但要真正实现像鸟类翅膀那样的复杂运动模式,或是像蜻蜓等昆虫那样高频扑翅运动是非常困难。
扑翼飞行与其他飞行方式的不同之处就在于它借助机翼的上下扑动来产生升力和推力,将悬停、推进飞行以及实现飞行转向等都集中于一个扑翼系统,因此设计出高效可靠的扑翼驱动机构就显得尤为重要。
一般的,扑翼驱动机构是由机架、输入杆、左右翅膀杆和连接杆件组成。
机架为飞行器机身,输入杆连接扑翼机构动力源,连接杆件为除机架、输入杆和左右翅杆之外的杆件,左右翅膀杆为使机翼产生上下扑动的杆件。
输入杆获得动力后,带动其他杆件,使左右翅膀杆产生扑动。
设计的扑翼驱动机构要求结构紧凑、摩擦阻力小以及要能够实现像动物翅膀扑动的多样复合运动。
由于动物飞行的高升力机理及其飞行的灵巧性都与它们翅膀复杂的运动模式有关,因此通过机械结构实现如此复杂的运动模式具有很大的难度。
到目前为止,只有在对动物飞行机制的分析提炼与简化的基础上,通过设计扑翼驱动机构来实现仿生扑翼飞行的运动模式。
主要分为两类,一类是仅仅产生上、下扑动的机构,即平面扑翼驱动机构;另一类是能像动物翅膀在扑动时,产生扭转、折叠动作以减小阻力和应用非定常机理的机构,即空间扑翼机构。
由于高频扑动的空间扑翼机构的实现具有很大的难度,至今只有Dickinson就空间扑翼模型及其动力特性作了详细研究。
本文将就平面扑翼驱动机构的设计进行探讨。
3国外研究情况初期的扑翼飞行器发展融入了许多科学家的艰苦努力,但整体上都显得较为庞大且也相当笨重,离实用还相距甚远,和目前发展的扑翼飞行器相比,也显得很笨拙,但是却为后期的研究工作提供了一定的理论基础和实践经验。
随着MEMS技术、空气动力学和新型材料等的发展,如今的扑翼飞行器也越来越灵巧且逐渐小型化,离实用也越来越近,它的发展也成为飞行器研究领域最为热门的前沿学科。
其主要的进展有以下几方面:3.1“大扑翼”20世纪末,扑翼飞行器的发展也取得了可喜的成功.在1996年,加拿大人詹姆斯.德拉瑞尔研制了“大扑翼”,由2 4马力的两冲程超轻型发动机通过一个机械驱动装置直接与机翼相连,一个链齿条装置驱动位于飞行员身后的两个构架上下运动,使机翼中段被反复抬出。
在发动机转到3800转/分的最大速度时,机翼能扑动1.3次每秒。
德拉瑞尔也认识到设计上最大的挑战是机翼,必须承认这是历史上技术最复杂的机翼。
通过研究鸟类飞行的慢动作照片,结果发现在这一瞬间发生了太多不同的运动,要模仿这些运动实在不易。
在设计时,德拉瑞尔提出,只要能产生扑动和扭转运动巧妙结合的效果就足够了,经过多年研究,他们验证了一种剪切一弯曲设计和三轴控制方法原理的可行性,在“大扑翼”上,飞行员通过操纵水平安定面来控制俯仰,侧向控制应该是扑翼的第三个功能,“大扑翼”的机翼还不行,它的机翼设计排除了使用常规的副翼进行直接滚转控制的可能,因此还得依靠方向舵。
至于滚转控制则靠的是一种偏航一滚转耦合的方法。
然而理论研究和模型试验不能证明一切,所有设计都还需在试飞中检验。
遗憾的是“大扑翼”的首次试飞以及改进后的试飞均未达到要求,但它却为随后的深入研究提供了很好的经验基础。
3.2微型扑翼飞行器自20世纪中后期以来,鉴于仿生扑翼飞行器潜在的更具吸引力的应用前景,其在短时间内就吸引了许多研究者的关注,关于较大尺寸及微型扑翼的空气动力学研究也逐渐成为热点。
1973年We i S—Fogh在对黄蜂的飞翔运动研究的基础上,提出了一种产生升力的“振翅拍击和挥摆急动(Clap and F1ing)”机构,并论述了这种机构产生瞬时升力的机理。
1991年Delaurier等人成功试飞了无线电遥控的由发动机驱动的扑翼机,并给出了其飞行动力学模型。
1994年Smith 用有限元法和气动翼段法建立了飞蛾翅膀的弹性动力学与空气动力学耦合模型,研究了在气动力和惯性力作用下翼的各阶弯曲和扭转振型,并与刚性翼模型进行了对比。
l 9 9 6年英国剑桥大学的Ellington等人为研究扇翅周围的旋涡,研制了雷诺数与天蛾相同的扇翅模型扇板。
此扇板在下扇时产生一种强烈的前缘旋涡,力量很大,是对升力的一种解释。
1997年Hal l等人提出一种使扑翼大幅值拍打产生升力和推力的最小环流分布的计算方法;Jones等人系统地分析计算了单扑翼和前后组合扑翼的非定常流场、推力和功率。
1999年美国大学的Michael Dickinson等人对机械翅在一个装满矿物油的油罐中进行试验,模拟昆虫在低雷诺数下的飞行情况,得出了昆虫依靠延后失速、旋转循环与尾流捕获的共同作用来产生高升力的结论。
Wei Shyy等人从生物学角度出发,主要研究了低雷诺数下的扑翼运动和柔性翼型对飞行的影响,进而研究了微扑翼飞行器设计中的一些关键问题。
由此可以看出,国际上关于大尺寸扑翼的研究已经从单纯理论分析计算开始转向研制实际扑翼机构。
研制人员希望能够把它缩小至蜂鸟大小,这样它就可以被用于监视工作了。
此外,DARPA资助了基于弹性动力的和基于热动力的扑翼飞行器研究工作,另外几种类型的微扑翼飞行机构也正在研制并取得了一定的成功。
4国内研究现状研究起步相对较晚,但国内科学家们始终关注着其发展动态,并也开始这方面的基础和应用研究工作。
仿生学方面,张志涛等、曹雅忠等、程登发等、吴孔明和郭予元、彩万志等分别开展了生物飞行动力学、生理学、功能形态学等方面的研究。
清华大学的曾理江等人重点进行了昆虫运动机理研究和应用以及有关昆虫运动参数的测量和分析,在此基础上建立了昆虫运动模型,研究了昆虫运动机理。
北京航空航天大学的孙茂等人用Naviel一Stokes方程数值解和涡动力学理论研究了模型昆虫翼作非定常运动时的气动力特性,解释了昆虫产生高升力的机理,在此基础上探索了微型飞行器的飞行原理,包括气动布局新概念、新控制方式、最速度、允许重量、需要功率等问题。
南京航空航天大学的昂海松等人通过非定常涡格法的计算分析了仿鸟复合振动的扑翼气动特性。
赵亚博也就关键力学和智能材料问题进行了研究。
上海交通大学正在研究翼展50~60mm的基于电磁和基于压电驱动的扑翼MA V方案。
西北工业大学目前也正在研制微型扑翼飞行器,飞机采用聚合物锂电池和微型电动机驱动,碳纤维机架,柔性机翼,全机重量约15 g,扑翼频率15~20Hz,由于受电池容量限制,飞行时间约8~18 S。
试验样机已经在低速风洞中进行了风洞试验。
南京航空航天大学在2004年4月也研制成功了国内第一架能在空中悬浮飞行的扑翼飞行器。
东南大学和扬州大学目前也已就仿生扑翼飞行机构的机理分析、扑翼飞行实验测试平台的建立等方面进行了联合攻关和探讨,并取得初步成效。