就目前来说,对于飞行器的形态大家有已经有了一个固化的观念,无非是使用单轴或多轴的桨翼来产生动力,比如直升机、多旋翼无人机等等。而对于“滚轮推进式”飞行器,说出来可能就比较陌生了。

滚翼式无人机

“滚轮推进式”飞行器(cyclocopter)使用的桨翼有点特殊,学术上叫做“摆线桨”,是把桨翼做成一个“滚筒式”的组合旋转来产生推力和升力,很多人乍一看可能觉得这玩意特别新奇,但是这个概念在大约一个世纪以前就被提出了,直到后来直升机、多轴飞行器的出现,才逐渐的被人们所淡忘。

目前只有很少一部分的科研团队在做滚翼飞行器的研究,美国德克萨斯A&M飞行实验室的Moble Benedict教授以及他的团队就是其中之一,最近,他们成功研究出了一个小型的滚翼飞行器,整身重量只有29克。这可能是取代直升机、多轴飞行器的又一个进步。话不多说,先看东西。

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上图就是整个飞行器飞行时的状态,如果还是不太明白这个滚翼是如何让无人机飞起来的,看下图你大概就能明白了。

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八个桨翼集中在一个滚筒式的结构上,滚筒自传的时候每个桨翼都会相应的发生变化,滚筒高速滚动让流经上下翼面的空气产生流速差,从而在底部产生强大的推理,使得无人机起飞。同时,滚筒在运行时推向后方的气流能够产生向前的推力。

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Moble Benedict从事滚翼飞行器研究多年,他表示,在理论上来讲,滚翼方式动能效率更高,功耗更小,同时会更安静,更节省空间,更稳定,在速度上跟直升机也相差无几。

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Moble Benedict介绍说,目前他们已经证明了,由于滚翼飞行器的结构的特殊性,其空气动力的转换效率要远高于传统的直升机,而且机动性更强,其控制方向和速度的能力要优于传统直升机很多。

说到这,大家肯定有一个疑问,既然这个东西好处这么多,无人机、飞行器发展了这么久,为什么没有大规模采用这种方式呢?

Moble Benedict的回答是,人们曾经试图探索滚翼式飞行器百十来年了,不过在20世纪初,直升机的巨大成功和广泛应用,让人们是去了对滚翼式无人机研究的兴趣。另外,滚翼式无人机在早前有一个致命的问题,就是其桨翼结构比较复杂,在运行时缺乏适合的飞控稳定,如今科技已经成熟,这方面不再是问题。他们自己研发了相应的陀螺仪、加速器和处理器等等,并且对其内在软件进行了长时间的调试,现在稳定性已经与市面上的无人机相差无几了。

并且,以前滚翼飞行器在运行时,桨片所承受的空气动力比较大,早前没有合适的材料能够适合这个承重,不过随着科技发展,各种符合材料的出现,这一问题也就解决了。他们在试验中使用了创新型的碳纤维复合材料来制作桨片,每片只有0.12克。

未来的研究方向

Moble Benedict教授表示,在未来,会围绕着滚翼飞行器进行更精进的研究,从而让这种无人机更完善,更实用。

首先他们将会对材料进行研究,设计更轻、更结实的桨片,增加其在高速旋转下的荷载能力。

其次,需要对滚翼式飞行器的结构进行精简,让其更加简单,至少不能像目前这么复杂。

还有,对桨片形状的设计关乎无人机在悬停、高速飞行下的状态和效率,这方面还有待提升。

Benedict教授说,他们已经证明了这种滚翼飞行未来的潜力,他们接下来的目标之一是在大型飞行器上进行滚翼式的实验,未来也会延伸至有人驾驶飞机。目前他们已经得到了美国军方的资金上的支持。

其实,以摆线浆为升力的飞行器近两年也有出现,在2014年第五届无人机大会展览上,一架名为风火轮的滚翼机就十分抢眼,该机也采用了两个摆线浆为升力源,同时用作副翼控制,采用一个螺旋桨进行俯仰控制和偏航控制。不过,这架飞机在当时只是一架概念机,这两年已经没有了消息。

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中国风火轮

在飞行器(特别是消费级无人机)形态已经被固化的当下,众多从业者所进行的无人机研究很多都是“新瓶装旧酒”,并没有在形态上进行太多的思考,包括很多概念式的飞行汽车也使用了普通多旋翼无人机式的设计,这让人不免乏味。而Benedict教授表示,待滚翼飞行器技术成熟的时候,用在飞行汽车等方向会比传统的飞行器更加的合适,未来前景会十分广阔。

(本文来源:雷锋网)

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