「科学家」光滑机翼性能更好?蜻蜓翅膀,让科学家重新认识空气动力!


「科学家」光滑机翼性能更好?蜻蜓翅膀,让科学家重新认识空气动力!
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「科学家」光滑机翼性能更好?蜻蜓翅膀,让科学家重新认识空气动力!
长期以来 , 蜻蜓作为一种特殊的昆虫 , 深受广大科学家的关注 , 从蜻蜓身上 , 科学家学到了很多 , 比如模拟昆虫复眼结构的光电设备 , 模拟翅斑的高速机翼颤振设计配重等等 , 都让科学家们叹为观止 , 但是蜻蜓带给科学家的冲击 , 还远远不止这些 , 就飞行性能而言 , 蜻蜓可以算是全世界最好的飞行器 , 没有之一 , 任何人造的飞行器都在蜻蜓面前毫无还手之力 。
蜻蜓具备了多重特殊飞行功效 , 让科学家非常着迷 , 一个是飞的很快 , 蜻蜓是自然界飞行速度最快的昆虫 , 飞行速度可达每小时40公里冲刺飞行速度可高达40米/秒 , 可以说是小身板大能耐 , 但是蜻蜓还有更惊人的表现 , 机动性非常好 , 可以快速转弯而且甚至可以侧飞 , 也可以做到突然直上直下 , 而且还可以悬停 , 也可以垂直起飞和降落 , 蜻蜓一身 , 就集中了人类战斗机 , 直升机的所有优点 。
蜻蜓:不客气的说 , 人类最先进的飞机 , 和我相比都是垃圾!
空气动力学家对蜻蜓研究几十年 , 不断发现蜻蜓的“特异功能” , 而且还推翻了几十年来人类在空气动力学上的根本认知 , 比如最常见的根本规律是:机翼越光滑越好 , 光滑机翼阻力小 , 性能更高!
飞机飞行最主要依靠发动机提供推力克服阻力从而前进 , 这一点和蜻蜓毫无二致 , 人类设计的飞机 , 机翼外形和蜻蜓翅膀平面形状非常相似 , 都是平面形状的薄板 , 但是经过仔细研究后 , 科学家们很吃惊的发现 , 蜻蜓翅膀表面完全不光滑 , 多处凹坑和褶皱 , 和人造飞机机翼完全相反 , 不是说光滑机翼阻力才小吗?
左侧是人类机翼剖面 , 光滑流线 , 右侧是蜻蜓翅膀剖面 , 坑坑洼洼 , 但是性能不差!
按照常规气动理论 , 人类设计的光滑机翼阻力应该小于褶皱翅膀 , 但是科学家经过研究发现 , 在蜻蜓飞行区间 , 这种特殊的褶皱翅膀 , 升力系数和阻力系数和光滑机翼几乎相等!而进一步的研究则证明 , 蜻蜓的翅膀还具有更强的能力 , 常规平直机翼失速迎角大多在15度左右 , 但是蜻蜓坑坑洼洼的翅膀则可以轻松做到25度以上 , 这还仅仅是静态风洞吹风实验 , 并非实际飞行 , 实际飞行 , 蜻蜓的翅膀 , 最大迎角可以做到60度迎角!
经过认真分析 , 科学家终于发现蜻蜓翅膀的奥秘 , 良好的气动特性是由于其特殊的褶皱结构 , 不同于光滑翼型 , 褶皱翼型表面凹凸不平 , 导致气流在经过这些凹陷的表面后会出现驻留的涡 , 这些驻留涡会滞留在褶皱内部 , 填充到凹陷的位置 , 从而使褶皱翼型类似光滑翼型 。
即使经过无数的解剖仿制 , 吹风 , 实验 , 人类还远远没有搞清楚蜻蜓高性能之谜
对于蜻蜓机翼气动的研究给科学家打开了另外一个世界 , 这也为新型无人机研发注入了新的活力 , 蜻蜓翅膀结构容易仿造 , 一共两对 , 蜻蜓的翅膀 , 这并不是核心难点 , 最大的难点还在于蜻蜓的飞控系统 , 这一点和人类飞行器类似 , 人类仿造蜻蜓翅膀结构已经成功 , 但是人类制造的蜻蜓 , 却差距甚远:高速 , 高机动 , 悬停以及直上直下 , 遇到阵风自动保持稳定 , 如何圆满模拟蜻蜓在各种机动下的控制 , 这是科学家最难于掌握的技术 。
人类无人机种类很多 , 性能也很先进 , 为何要苦苦抓着小小的蜻蜓不放?原因是 , 人类无人机飞行效率低 , 无法兼容高速 , 机动性 , 悬停等功能 , 而且蜻蜓的扑翼设计 , 比常规人类机翼更加节能 , 更加高效 。


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