人们认为,昆虫和鸟类等飞行生物主要通过在机翼表面形成前缘涡流来产生支撑自身重量的空气动力,从而能够在地面上很好地飞行。然而,在空气密度低于地面的高海拔地区,由于流动分离和涡流脱落,机翼产生的气动力可能会降低。虽然大黄蜂和帝王蝶已被证实可以在高空飞行,但生物体在升力降低的环境中飞行的机制仍不清楚。此外,由于难以在低大气密度环境下进行实验,扑翼型高空飞行机器人的开发尚未实现。

 在此背景下,由信州大学、东北大学、九州大学、前桥工业大学和阿拉巴马大学组成的联合研究小组开发了一种以蜂鸟为蓝本的扑翼型飞行机器人(Robo Hummingbird Shinshu)。在东北大学流体科学研究所拥有的火星大气风洞减压室中构建的低密度环境中,进行了测量机翼运动和空气动力的实验。

 对实验数据的分析表明,通过巧妙地调整机翼尺寸和扑动频率,即使在高空,也可以通过与地面生物扑动飞行机制相同的气动机制获得大量升力。结果,我们在 9000 米的高空、低大气密度(约为地面的三分之一)成功升空了世界上第一台扑翼型飞行机器人。

 这一结果表明利用扑翼特有的空气动力学机制在低密度、高空环境中飞行是可行的。有望阐明生物的高空飞行机制,并可能实现扑翼型飞行机器人在密度低于高空的火星大气环境中飞行。

纸张信息:【科学报告】无尾扑翼空中机器人首次高空升空飞行性能

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