光滑機翼阻力小?蜻蜓翅膀,讓科學家重新認識空氣動力!

2021-01-08 騰訊網

長期以來，蜻蜓作為一種特殊的昆蟲，深受廣大科學家的關注，從蜻蜓身上，科學家學到了很多，比如模擬昆蟲複眼結構的光電設備，模擬翅斑的高速機翼顫振設計配重等等，都讓科學家們嘆為觀止，但是蜻蜓帶給科學家的衝擊，還遠遠不止這些，就飛行性能而言，蜻蜓可以算是全世界最好的飛行器，沒有之一，任何人造的飛行器都在蜻蜓面前毫無還手之力。

蜻蜓具備了多重特殊飛行功效，讓科學家非常著迷，一個是飛的很快，蜻蜓是自然界飛行速度最快的昆蟲，飛行速度可達每小時40公裡,衝刺飛行速度可高達40米/秒 ，可以說是小身板大能耐，但是蜻蜓還有更驚人的表現，機動性非常好，可以快速轉彎而且甚至可以側飛，也可以做到突然直上直下，而且還可以懸停，也可以垂直起飛和降落，蜻蜓一身，就集中了人類戰鬥機，直升機的所有優點。

蜻蜓：不客氣的說，人類最先進的飛機，和我相比都是垃圾！

空氣動力學家對蜻蜓研究幾十年，不斷發現蜻蜓的「特異功能」，而且還推翻了幾十年來人類在空氣動力學上的根本認知，比如最常見的根本規律是：機翼越光滑越好，光滑機翼阻力小，性能更高！

飛機飛行最主要依靠發動機提供推力克服阻力從而前進，這一點和蜻蜓毫無二致，人類設計的飛機，機翼外形和蜻蜓翅膀平面形狀非常相似，都是平面形狀的薄板，但是經過仔細研究後，科學家們很吃驚的發現，蜻蜓翅膀表面完全不光滑，多處凹坑和褶皺，和人造飛機機翼完全相反，不是說光滑機翼阻力才小嗎？

左側是人類機翼剖面，光滑流線，右側是蜻蜓翅膀剖面，坑坑窪窪，但是性能不差！

按照常規氣動理論，人類設計的光滑機翼阻力應該小於褶皺翅膀，但是科學家經過研究發現，在蜻蜓飛行區間，這種特殊的褶皺翅膀，升力係數和阻力係數和光滑機翼幾乎相等！而進一步的研究則證明，蜻蜓的翅膀還具有更強的能力，常規平直機翼失速迎角大多在15度左右，但是蜻蜓坑坑窪窪的翅膀則可以輕鬆做到25度以上，這還僅僅是靜態風洞吹風實驗，並非實際飛行，實際飛行，蜻蜓的翅膀，最大迎角可以做到60度迎角！

經過認真分析，科學家終於發現蜻蜓翅膀的奧秘，良好的氣動特性是由於其特殊的褶皺結構，不同於光滑翼型，褶皺翼型表面凹凸不平，導致氣流在經過這些凹陷的表面後會出現駐留的渦，這些駐留渦會滯留在褶皺內部，填充到凹陷的位置，從而使褶皺翼型類似光滑翼型。

即使經過無數的解剖仿製，吹風，實驗，人類還遠遠沒有搞清楚蜻蜓高性能之謎

對於蜻蜓機翼氣動的研究給科學家打開了另外一個世界，這也為新型無人機研發注入了新的活力，蜻蜓翅膀結構容易仿造，一共兩對，蜻蜓的翅膀，這並不是核心難點，最大的難點還在於蜻蜓的飛控系統，這一點和人類飛行器類似，人類仿造蜻蜓翅膀結構已經成功，但是人類製造的蜻蜓，卻差距甚遠：高速，高機動，懸停以及直上直下，遇到陣風自動保持穩定，如何圓滿模擬蜻蜓在各種機動下的控制，這是科學家最難於掌握的技術。

人類無人機種類很多，性能也很先進，為何要苦苦抓著小小的蜻蜓不放?原因是，人類無人機飛行效率低，無法兼容高速，機動性，懸停等功能，而且蜻蜓的撲翼設計，比常規人類機翼更加節能，更加高效。

美國一家公司最近宣稱仿製成功蜻蜓類型偵察無人機，已經開始投入軍隊使用，或許未來，全世界還會有一大波蜻蜓無人機熱潮，帶來航空技術向前發展。

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