中国扑翼机官网

标题: [原创]扑翼飞行原理 [打印本页]

作者: 火星一号 时间: 2014-9-3 23:47
标题: [原创]扑翼飞行原理
作者：胡振海19780629 发表日期：2014-9-3 QQ:87076966；邮箱：87076966@qq.com 人类一直梦想飞行，现在已经实现了各种飞行器，但是还没有任何理论来支持扑翼飞行。扑翼飞行几年前了研究过一段时间，一直想做，但是原理上一直没有想通，没有科学的原理解释。昨天晚上一只蝇飞到家中，搞的我一直无法入睡，于是通宵的想这个苍蝇是怎么飞的。没办法网络上了解蝴蝶、蜜蜂、鸟、蝉、蝇、蜂鸟等等，网络上能有的知识真的很少，昆虫为什么是2对翅膀，鸟为什么一对翅膀，从飞行的角度来说，昆虫的第2翅膀作用就和鸟尾翼作用类似。通过思考，首先我们分析下人类思考扑翼飞行。几乎跟所有人想的一样，飞行就要克服重力，现在这么多飞行器都是可以克服重力的，甚至几百吨飞机都可以制造，怎么克服重力呢，很简单提供升力。延续这样的思维是没办法思考扑翼飞行，因为扑翼飞行不是靠简单提供升力克服重力的思维方式进行的，也有很多人证明过所有扑翼飞行生物本身提供的力量不能克服重力，不能克服重力那怎么能够飞行呢，所以一直没有理论支持扑翼飞行。其次人类容易向到的是游泳思维，克服重力就是自身浮力加点游泳技巧就可以不沉了。自然提供一套固定思维模式约束了思考方式。出于爱科学的态度，加上本人爱钻牛角，跟知识死磕自己，加上几年前就看过资料有事没事都惦记着这个事情，今天一定要写我认识的理论，我们讨论个科学原理。那么扑翼飞行到底怎么进行的呢，任何扑翼飞行都是上下跳动飞行，绝对的静直没有的，悬停也是相对的。那么可以发现中间的几个关键参数，本身结构、本身质量、损耗能量、上升能量等决定了能不能持续飞，这个是天然条件。然后是环境因素，风的方向、气压关系、空气湿度、气流、这些可以称是外部环境。我们观察空中的物体也是符合机械运动规律，任何运动都是相对的，空中的物体是拥有重力势能的，严格来说是机械能，机械能可以能量转换成其他能量形式，重力势能可以转换动能，动能转换成弹性势能，机械能能量守恒。我的推理是扑翼飞行能够将重力势能转换成动能，动能转换成弹性势能储存在飞行动物身体里。本身具有能量转换，储存的能量释放出来，弹性势能转换出动能，动能又转换成重力势能，反复进行，可以称之为一个周期。重力势能转换动能，动能转换弹性势能，弹性势能转换动能，动能转换重力势能，总体来说就是能量转换总有损耗，但是这种损耗是非常少的。往上飞，没有上升能量是飞不上去的。但是相对悬停就不是那么费力。为什么呢，因为重力不是需要每时每刻不断依靠升力克服的。重要问题来了，那就是神奇的扑翼飞行生物都能够有这种机制： 1、力学支点，翅膀足够大，拍打形成的反向力足够大，翅膀面积不够大的就转换周期足够快。支点的形成是由于飞行生物翅膀面积相对身体的运动速度构成了波形，惯性作用会促使振动连续性。没有能力承受这个力学支点的翅膀是不适合飞行的。扑翼飞行就是因为支点可以不断变换位置，这个就是飞行。 2、弹性势能储存能力，一个没有弹性势能的飞行器是不能做扑翼飞行的，扑翼飞行器的核心就是弹性势能，市面上有的飞行器机械比较固定，但是都是翅膀柔软性，形状幅度弯度等都作了处理，为了什么呢，无非是让飞行器有一点点弹性势能储存能力。弹性势能存在让扑翼飞行成为可能。对于飞行鸟类的羽毛生长方向形状都有力学的根源。羽毛与肌肉构成了弹簧系统。下面证明推理：我们分析一个扑翼飞行生物，假设扑翼飞行生物是质点运动，我们把扑翼飞行生看成由一个重物和一根弹簧组成的整体。质量为M，F弹力，加速度a，G重力系数，g重力加速度，势能差高度H，自由落体高度L，K弹性系数，s伸缩长度，第一个过程：最高点静止、自由落体运动，重力势能转换成动能下降高度L 第二个过程：弹性势能开始，动能连续转化成弹性势能 MG-F=Ma，弹性势能作用，加速度随弹性拉力增大而减少当弹性拉力等于重力速度最大，加速度为0 MG=F，加速度为0，此时为向下最大速度，由于惯性，那么出现F>MG 反向加速度开始出现，开始减速，最后停止。第三个过程：最低点静止，弹力势能转换动能开始向上。此时F最大，能够有最大的弹性拉力，F-MG=Ma出现最大向上加速度。第四个过程：动能转换成重力势能当F=MG，向上速度最大，加速度为0，由于惯性，继续向上，整个运动过程符合动能定理特征，也符合牛顿第二定律，胡克定律，机械能守恒，比如弹性系数K，物体质量M，自由落体高度L、重力加速度g、只要假设几个数，整套系统都可以计算出来。综合所有，可以得出几个结论： 1、证明了扑翼飞行过程并不需要克服重力，而只是重力势能、动能、弹力势能彼此之间转换的过程。 2、重要的是引入弹性势能在扑翼飞行的研究。机械能能量守恒可以完美解释扑翼飞行生物的运动轨迹。 3、扑翼飞行生物不需要时时克服自身重力，而是这种能量转换的损耗能量，那现在翅膀拍动提供的上升能量可以提供飞行。上升能量是由扑翼飞行生物用力出来的，或则外交环境影响出来的。上升能量大于损耗能量，向上加速，等于可以动态平衡，可以看到类似平衡，小于就向下加速。小于就不能证明扑翼起飞的，至少不能长时间飞行。哪怕是给一个外力，理论上都不能证明自己能扑翼起飞。扑翼飞行器时代已经到来，本世纪一定可以出现单人飞行的扑翼飞行器，个人最好的飞行时代很快来到。现在科学空气动力学，一样适合扑翼飞行。大自然无论是1对翅膀还是2对翅膀都可以找到类似飞机升力提供系统，固定翼飞机发展到变翼飞机，原因在这里，因为飞机的翅膀无法作到能够与鸟儿翅膀比较的阶段，所以近代飞行必须是先有固定翼飞机，然后再有变翼飞机，最后发展到更加复杂的机构。扑翼飞行器结构一样适合高速飞行，变翼的能力远大于现有技术，扑翼飞行器结构可以解决未来超重物体离开地球引力的最佳能源方式之一，慢慢飞上去减少大气阻力。

[此贴子已经被作者于2016-1-2 19:33:47编辑过]

作者: kg8npk 时间: 2014-9-10 20:31
大哥，这个没那么复杂吧，翅膀向下扑打空气，会受到反作用了啊。然后鸟儿很巧妙把这个动力转化为向前，向上的力量，靠着滑翔，不就飞起来了么？

作者: kg8npk 时间: 2014-9-10 20:32
一切理论都要有个最简单的框架开始。如果这个框架不正确，钻牛角尖就是悲剧。如果这个框架正确，钻牛角尖的性质就变了。

作者: kg8npk 时间: 2014-9-10 20:35
具体看，可以知道，扑翼机现在又头部转动，翅膀转动，尾翼上下，左右转动这些附属的运动。头部的转动不去说它，这个是FPV的必要条件。对于飞行有帮助的控制作用的就是翅膀的转动和尾翼的运动。尾翼的运动与螺旋桨飞机很类似。当其左右运动，那么就会水平转弯。上下运动，就会升降。翅膀的转动可以改变扑打空气的角度，从而控制飞行的姿态，类似于螺旋桨飞机的副翼。这就是最简单的理论框架。说的不对，请拍砖。

作者: 客人 时间: 2014-12-2 18:59
我认为现有的技术已经能够造出载人扑了冀机了，只是没有人去做。现有的技术已经能够支持载人扑冀机上天，理论积累已经足够了。

作者: 小乙哥 时间: 2015-1-29 21:16
支持五楼的观点

作者: 客人 时间: 2015-2-3 23:01
扑翼载人飞行器从现有技术上设计制造变成现实应该不是很大的问题，不久后一定会实现

作者: James 时间: 2015-5-9 21:20
支持攻克尖端技术~！

作者: Zephyr0403 时间: 2015-5-12 23:12
没那么简单，昆虫飞行说到底其实是非定常升力效应。不像飞机机翼那样可以通过风洞实验得到的数据进行解释，昆虫的翅膀运动是非定常的，就是速度是与时间有关的，而且与流场的相对运动不是平动，而是转动甚至是更复杂的运动的叠加。详细可参见北航孙茂老师的相关论文。

欢迎光临中国扑翼机官网 (http://puyiji.com/)