扑翼飞行器发展概述
扑翼机实践研究
123ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2017 09交流平台D ISCUSSION编辑 王 雨扑翼机实践研究文／刘任如歌 曹著明摘 要：扑翼机是一种能像鸟那样煽动翅膀飞行的机器，也是基于仿生学原理进行设计模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器。
它不但囊括了固定翼和旋翼飞行器的优点，而且还具有较好的隐蔽性和机动性。
此外，扑翼飞行器具有特殊的空气动力学特性。
研制扑翼机对未来航空业的发展很有必要，本文讲述了当今扑翼机的发展，介绍了扑翼机的实践研制过程，并对实践研制的经验进行了总结。
关键词：扑翼机 驱动机构 研究一、扑翼机发展简史扑翼机是一种能像鸟那样飞行的机器，也是基于仿生学原理进行设计模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器。
它不但囊括了固定翼和旋翼飞行器的优点，而且还具有较好的隐蔽性和机动性。
此外，扑翼飞行器具有特殊的空气动力学特性。
对于扑翼飞行的设想由来已久。
在西汉时期，就传说有人用大鸟的羽毛制作了两个特别大的翅膀，然后这人扇动着这两个翅膀从高处飞下，虽然他只飞了大约几百步远就命丧黄泉，但却是一种难能可贵的尝试。
在之后的数千年中，在英国、阿拉伯、土耳其也有人做过类似的试验。
不过，这几个人并不都是那么幸运。
据说，除了一个土耳其人飞行了好几公里远外，另外的人要么摔断了腿，要么坠地而死，酿成了不少悲剧。
直到15世纪，意大利的天才设计家达·芬奇设计了一种像鸟一样扑翼的机械，此机械装有翅膀，能用脚来进行扑动。
这兴许是现代扑翼机的前身。
1930年，一位意大利人制作了一个扑翼机模型并且进行过了试飞，该机全重约22.7千克，装有一台推力为0.37千瓦的发动机，这可以说是世界上第一种有发动机的扑翼飞机。
在形形色色的扑翼机的设计方案中，有的形如蝙蝠，具有薄膜似的扑动翼面；有的装有带缝隙和活门的扑动翼，具有类似飞鸟翅膀的作用。
不少科学家、工程师和业余爱好者都在致力于扑翼机的研究工作。
随着现代材料、动力、加工技术，特别是微机电技术（MEMS ）的进步，国内外已经有许多院校、企业、科研机构等部门能够制造出接近实用的各类扑翼飞行器。
2024年扑翼机市场需求分析
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。
2024年扑翼机市场发展现状
2024年扑翼机市场发展现状介绍扑翼机是一种模仿鸟类翅膀振动方式的飞行器，通过模拟鸟类扑翼运动来产生升力并实现飞行。
随着科技的不断进步，扑翼机市场正逐步发展壮大。
本文将就扑翼机市场的现状展开讨论。
历史回顾扑翼机的概念最早可以追溯到古代，但直到20世纪末，扑翼机的研发才开始进入实际阶段。
最初，扑翼机主要用于军事应用，包括侦察、侦查和无人机战术。
然而，随着对扑翼机技术的深入研究和改进，扑翼机的市场应用范围不断扩大。
市场应用领域军事应用扑翼机在军事应用方面具有广阔的前景。
它们可以用于搜救、侦察、侦查和目标打击等任务。
扑翼机的机动性和隐形能力非常适合执行军事任务，可以大大提升战场作战效率。
民用应用扑翼机的民用应用领域也在不断拓展。
例如，它们可以用于环境监测，如灾害现场的空气质量检测和水污染监测。
此外，扑翼机还可以用于电力线巡视和农业作业，如喷洒农药和施肥等。
这些应用领域的发展有助于提高环境监测和农业生产的效率和准确性。
科研探索扑翼机作为一种机械模仿生物运动的机器人，也受到科研人员的广泛关注。
通过模仿鸟类的扑翼动作，研究人员可以更好地理解鸟类的飞行原理，并从中获得灵感，改进现有的飞行器设计。
此外，扑翼机还可以应用于生物学、生物医学和智能机器人技术的研究领域。
技术挑战与发展趋势技术挑战扑翼机市场发展面临一些技术挑战。
首先，扑翼机的稳定性和控制性仍然是一个难题。
由于扑翼运动的复杂性，扑翼机的飞行姿态和飞行速度控制相对困难。
其次，扑翼机的能源供应也是一个挑战。
目前，扑翼机多使用电池供电，但电池的功率密度相对较低，限制了扑翼机续航能力的提升。
发展趋势尽管面临技术挑战，扑翼机市场依然充满潜力。
随着科技的不断进步，扑翼机的稳定性和控制性将逐步提升。
此外，新的能源技术的发展也将改善扑翼机的续航能力。
更重要的是，人们对扑翼机市场的需求也在不断增加，推动了扑翼机技术的发展。
结论扑翼机市场的发展潜力巨大，涵盖了军事应用、民用应用和科研探索等多个领域。
6第六课：认识扑翼机ppt课件
04 扑翼飞行的原理
扑翼飞行的原理
当鸟类在空中展翅滑翔时，其飞行原理与已有的固定翼 飞机的相同。除此之外，扑翼飞行方式的空气动力学特性要比
•
常规的固定翼飞机的和直升机的复杂的多。通过高速摄像机的 帮助，人们观察到鸟类和昆虫的翅膀在往复扇动和拍打过程中， 除了单纯的扇动之外，还伴随有相应的扭曲变形和旋转等运动 类型。人类尚未采用的这些运动类型对鸟类和昆虫产生升力和 作机动飞行是举足轻重的。
•
变成了向后拍动时的上翼面，同样具有一定的攻角并产生升力。 一个拍动周期中的平均气动力是垂直向上的。当前飞或后飞时， 昆虫的拍动平面是向前或向后倾斜的，这与直升机的情况相似。
读一读：
国内扑翼机发明的小故事：
首届“中国青少年科技创新奖” 第八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛特等奖、第 四届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛金奖、第九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一 等奖、“飞向未来――国际太空探索创新竞赛”第一名、第二届全国未来飞行器设计大赛专业组一等奖、中 国航天50周年知识大赛一等奖,这些重量级的荣誉都属于南京航空航天大学一位硕士研究生——胡铃心,他 的发明是 “鸟灵”可变扑翼机。
扑翼飞行的原理
昆虫和鸟类靠拍动翅膀来飞行。翅膀近似在一个平面内拍 动，该平面称为拍动平面。这与直升机桨叶的旋转平面是相似
•
的。直升机的桨叶是绕固定方向旋转，而昆虫是作往复式旋转。 动物翅膀的拍动范围是用拍动角来衡量的，大多数动物的翅膀 拍动角约为120度。
扑翼飞行的原理
当悬停飞行时，拍动平面几乎是水平的。当翅膀向前拍动 时，翼弦与拍动平面有一定的夹角（即攻角），从而产生升力； 当翅膀向后拍动时，翅膀翻转过来，原来向前拍动时的下翼面
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。
扑翼机
1，扑翼飞行器简介：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。
其特征是：1.机翼主动运动。
2.靠机翼拍打空气的反力作为升力及前行力。
3.通过机翼及尾翼的位置改变进行机动飞行。
人类的飞行梦就是从扑翼飞行器开始的，从固定翼初步实现的。
目前固定翼飞行器已经可以将人类送上蓝天，但扑翼梦还在进行中。
扑翼飞行器有诸多优点：1.扑翼飞行器无需跑道垂直起落。
2.动力系统和控制系统合为一体。
3.机械效率高于固定翼飞机。
其局限为：1.难于高速化、大型化。
2.对材料有特殊要求（材料要求质量轻，强度大）。
扑翼飞行器的几大难点：1.扑翼空气动力学还未成熟，无法指导飞行器设计。
2.材料要求过高。
3.结构难。
扑翼飞行器的前景：正因为没有成熟就没有条条框框，于是出现了政府、民间、专业、业余一起上呈百家争鸣的局面，为各自以后的发展打下良好的基础。
只要几大难点的破解工作完成，那么扑翼飞行器的上天之日就屈指可数了。
实践中的不断应用使得扑翼飞机的发展逐渐向模拟鸟类或者模拟昆虫两个方向。
科罗拉多的一个野生生物组织就曾经御用这类飞行器来解救陷入枪伤困境的美国松鸡。
一个人造的鹰爪安装在飞行器上，研究人员远程操控，然后利用这个来抓住松鸡用于研究。
由于扑翼飞行器模仿的是鸟类昆虫，因为他们有很高的军用价值，可以用来在从事间谍活动而不用担心惊扰敌人。
国外一个在Paul B. MacCready 保罗麦克格雷迪领导下的研究机构，就曾经研发过一个大型昆虫般大小的飞行器，这个成果距离实战已经非常近了，有可能被运用于实战中。
与此同时，麦克在80年代中期还为另一个叫做Smithsonian Institution的组织研发过一款飞行器，是半雷达控制的，是一个巨大的家伙，后来被运用在IMAX电影On the Wing中。
最近的从2002年开始，Theo Van Holten霍尔顿教授正在致力于发展另外一款飞行器，这个扑翼飞行器看起来像一架直升机，他被称作ornicopter ，不过和直升机不同的是，他的动力机构并不会有扭矩反馈。
扑翼机构的发展及结构设计分析
扑翼机构的发展及结构设计分析从古至今，人们从没有放弃过对翱翔梦的追求。
不仅在许多的古书名著中都有长着翅膀的角色形象，人们也一直在用实际行动尝试着各种飞行的可能。
昆虫和鸟类的超强飞行能力逐渐引起了人们的关注，早在中国的汉代时期、欧洲的中世纪就有人模拟鸟类进行飞行活动的记载。
随着科技的快速发展，以及飞行器在军事上和民用上的广泛应用前景，扑翼式飞行器已经成为当今的研究热点。
1 扑翼式飞行器的发展史1.1扑翼式飞行器的早期发展历史上记载了许多人们对飞行的各种尝试方法，《墨子·鲁问》中记载，鲁班制造的木鸟可以飞行三天；古代中国甚至有人将大鸟的羽毛贴在身上试图飞起来，但最终都失败了。
人们逐渐认识到想要飞行必须加上合适的机械装置。
15 世纪70 年代，著名发明家莱昂纳多·达芬奇设计出一种由飞行员自己提供动力的飞行器，并称之为“扑翼飞机”。
“扑翼飞机”模仿鸟儿、蝙蝠和恐龙时代的翼龙，具有多个翅膀。
达芬奇认为扑翼机具备推力和提升力。
之后人们仿照它进行了很多尝试，有的可以上下蹦跳几下，有的摔成碎片，结果都失败了。
1874 年，法国生物学家马雷用连续拍摄的方式初步掌握了鸟类复杂的飞行扑翼动作，以当时的技术水平，这种高难度的动作是无法实现的，与此同时热气球的出现，就使早起人们对制造飞行器尝试告一段落，研究开始转向了其他领域。
1.2扑翼式飞行器国内外的研究现状随着仿生技术、空气动力学和微加工技术的日益发展，加之军事和民用的广泛应用前景，扑翼式飞行器再次成为了国内外科学领域研究的热点。
1997 年，DAPRA 投入3500 万美元，开始了为期四年的MAV 的研究计划。
加州理工学院、多伦多大学、佐治亚技术研究所、佛罗里达大学、Vanderbilt 大学等单位研制了不同结构的扑翼MAV，翼展一般在15cm 左右，多采用电池提供能源，飞行时间约在几分钟到十几分钟。
加州大学伯克利分校研制的“机器苍蝇”扑翼MAV 总重约为43mg，直径为5mm~10mm，采用太阳能电池和压电驱动。
仿生扑翼飞行器研究进展及现状概述
（ 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 ．
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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。
1997年，美国佐治亚理工学院研制了一种名为“Entomopter”的仿昆虫微型飞行器。
这种微型飞行器有着与蝴蝶翅膀相似的机翼，机翼用特殊的结构和材料制成，用往复式化学肌肉(Reciprocating Chemical Muscle，RCM)来驱动。
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，扑翼飞行器越来越灵活，离实用也越来越近，它的发展也成为了飞行器研究领域最为热门的前沿学科之一。
近年来，与微型扑翼飞行器相关的专利申请量呈整体上升趋势。
而我国在微型扑翼飞行器方面的研究虽然起步较晚，但是发展势头良好，在专利领域占据了较高的比例，并且主要集中在高校。
3.结语
扑翼机作为一种古老的飞行器，随着科学技术的发展有了实现的可能性。
而微型扑翼飞行器以其尺寸较小、便于储存和携带，其机动性能好，并且具有较好的隐蔽性的特点，无论是在民用还是国防领域，微型扑翼飞行器都有很好的应用前景。
参考文献
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