看航空

在最近大熱的電影《沙丘》中，影片制作方借助出色的道具和特效，以撲翼機(jī)這種歷史悠久的飛行器結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)實(shí)原型，創(chuàng)造出了極具科幻效果的未來飛行器形象。

大多數(shù)影視劇、電子游戲中的原創(chuàng)飛行器，一般都會(huì)為了視覺效果、劇情安排等因素，在航空器的結(jié)構(gòu)形式、部件比例、體積尺度等關(guān)鍵環(huán)節(jié)上出現(xiàn)扭曲失真，無法在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中付諸實(shí)用。

電影《沙丘》中的撲翼機(jī)

雖然目前來說，現(xiàn)實(shí)生活中沒有類似《沙丘》中這一體量的撲翼機(jī)，但電影的大熱再次令人們想起撲翼機(jī)這一歷史悠久的經(jīng)典構(gòu)型。未來，隨著航空技術(shù)的發(fā)展，如《沙丘》中可載人、載荷的撲翼機(jī)是否能真正出現(xiàn)并付諸實(shí)踐呢？

嚴(yán)格來說，撲翼機(jī)是基于仿生學(xué)的產(chǎn)物——雖然在古代并沒有這個(gè)概念。從仿生學(xué)的角度來說，近代之前的撲翼機(jī)設(shè)計(jì)存在大量致命的問題，這使得它根本無法實(shí)用化。

在高速攝影機(jī)發(fā)明之前，人類并不知道鳥類翅膀如何撲動(dòng)

早期撲翼機(jī)的設(shè)計(jì)，都是在缺乏有效力學(xué)理論分析指導(dǎo)的情況下，試圖通過模仿鳥類動(dòng)作而獲得飛行的功能。但實(shí)際上人類的動(dòng)態(tài)視覺能力非常有限，憑肉眼根本無法準(zhǔn)確地觀測(cè)和記錄鳥類飛行時(shí)的翅膀動(dòng)作。

真正意識(shí)到并解決這個(gè)問題，是20世紀(jì)后，人類發(fā)明了攝影技術(shù)、尤其是高速攝影（即慢鏡頭記錄）技術(shù)之后才實(shí)現(xiàn)的。而這一時(shí)間節(jié)點(diǎn)甚至晚于固定翼技術(shù)路線的“飛行者一號(hào)”首飛的日期。

直至今日，人類也難以完全復(fù)制鳥類的飛行結(jié)構(gòu)和效率

從結(jié)構(gòu)上講，鳥類翅膀是由多個(gè)較大活動(dòng)幅度關(guān)節(jié)組成的骨架、多個(gè)肌肉群，以及實(shí)際上氣動(dòng)外形和力學(xué)特性都相當(dāng)復(fù)雜的羽毛所組成的;在飛行過程中，展弦比、后掠角、翼型、有效翼面積……時(shí)刻都在大幅度改變。對(duì)于飛行器設(shè)計(jì)來說，這需要非常復(fù)雜完善的神經(jīng)系統(tǒng)功能來進(jìn)行控制。

即便是在今天，要在載人飛行器上做出這樣的設(shè)計(jì)都相當(dāng)不現(xiàn)實(shí)——僅僅從機(jī)翼可變的角度來說，哪怕是最簡(jiǎn)單的變后掠翼飛機(jī)都相當(dāng)難以維護(hù)，而且這還直接導(dǎo)致了其使用率低下、成本奇高。因此，在撲翼結(jié)構(gòu)飛行器的設(shè)計(jì)上，極大程度的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和控制設(shè)計(jì)就成為無法避免的問題。而這導(dǎo)致了它在飛行效率上必然遠(yuǎn)低于鳥類的原本水平。

飛行原理上，撲翼機(jī)局限性極大

撲翼機(jī)的升空原理，是通過機(jī)翼的撲動(dòng)產(chǎn)生升力，這帶來了一些根本性的限制：首先，隨著尺寸的增大，其重量增長(zhǎng)速率會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于飛機(jī)或者旋翼類飛行器。因?yàn)檫@一問題，在自然界的鳥類中，即便像信天翁這樣體型巨大的鳥類（翼展可達(dá)3至4米）體重一般也不超過9公斤。

加拿大C-GPTR保持了目前全球載人撲翼機(jī)的極限飛行紀(jì)錄：在1米高度上平飛10秒，飛行距離330米。但降落時(shí)依然遭遇了機(jī)翼觸地、機(jī)頭損傷、起落架折斷等問題。

加拿大C-GPTR載人撲翼機(jī)

但即便如信天翁這樣的大型鳥類，其撲翼飛行能力與效率也已經(jīng)遠(yuǎn)低于中小型鳥類：其飛行過程更多地依賴于借助海面的上升氣流進(jìn)行滑翔。而人造的撲翼機(jī)對(duì)于動(dòng)力的利用效率尚遠(yuǎn)不及信天翁這樣的鳥類，要造出載重能力可完成載人運(yùn)輸任務(wù)的型號(hào)，目前來看依然是不可能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。

這些因素的共同作用，使得撲翼機(jī)在很長(zhǎng)時(shí)間里，都只能以橡皮筋或微型電機(jī)為動(dòng)力的航空模型等形式存在，主要用作個(gè)人愛好研究或青少年科學(xué)教育，難以付諸實(shí)用。