[圖文]蜂鳥機器人成功試飛
■ 偏航
■ 俯仰
■ 橫滾
▲ 操縱人員練習試飛(連續攝影)
▲ 掌中的小小鳥
AeroVironment是一家研製無人機的專業公司,2003年他們建造的翼展1.38米的無人駕駛飛機Raven,首先出現在阿富汗戰場。2006年,美國國防部先進研究項目局(DARPA)委託AV創製一種身體足夠小、能飛進一扇開著的窗戶的無人駕駛空中飛行器。這可花費了AV整整5年的時間,試用了不下300種不同的翅膀設計。最近,偵察機器人「超微蜂鳥」終於在加利福尼亞州完成了試驗飛行。
超微蜂鳥是一架撲翼機,能像真蜂鳥那樣拍打著翅膀在空中盤旋,執行觀察拍攝,甚至還能後空翻飛行。它身長18厘米,比大多數品種的蜂鳥稍微大些、重些;總重18.7克,與一節AA電池相當。翼展16.5厘米,翅膀的骨架是中空的碳纖竿,表面是網孔纖維,覆蓋著聚氟乙烯薄膜。飛行器是遙控的,但機載的計算機能執行速度和角度的修正。
機器人蜂鳥配備著攝像機,攝像角度由機身的角度確定。蜂鳥向前飛行時給出地面的視野,視訊流回傳給操作員,後者藉此指揮、導航;作盤旋飛行則有助於測量房間。
在試驗飛行中,超微蜂鳥滿足了DARPA制定的第二階段之所有技術要求,在多數指標上還有所超越,通過這我們也能瞭解到它當前達到的水平。它需要做到:
● 精密盤旋飛行。
● 盤旋穩定性。需在時速8公里的側風中盤旋並停留,順風漂移不超過1米。
● 耐久力。無外來能源前提下連續盤旋8分鐘。
● 飛行與控制能力。從盤旋快速切換到時速18公里向前飛行,或反之。
● 通過日常的門洞進到室內,再返回戶外。
● 駕駛者觀看蜂鳥傳回的視訊流實施操控,但不直接看到或聽到它。
● 示範以鳥形身體和翅膀盤旋及快速向前飛行。
大家知道,飛機在空中有3個軸。以飛機重心處為原點建立一個三維坐標系,貫穿機頭機尾的叫縱軸,貫穿機翼的叫橫軸,垂直的叫豎軸。控制飛機繞這3個軸的轉動,就能控制飛行的姿態。我們來看機器蜂鳥如何做到。
a偏航,就是轉彎 如果在向前拍打時加大右翅膀的角度,在向後拍打時反之,蜂鳥將朝順時針方向轉彎。
b俯仰,是飛機繞橫軸的轉動 翅膀對稱性地拍打。如果在向前拍打結束時和向後拍打開始時雙翅的角度都減小,蜂鳥下俯並前進。
c橫滾,是飛機繞縱軸的轉動 只增加左翅膀的角度,左邊產生的向上推力就較大,蜂鳥右滾。
AV公司該項目的首席研究員馬特·肯諾稱,這項設計突破了空氣動力學設計的限制,靈感來自於自然界的動物。「不過我們並不奢望複製大自然能做到的事,那太難了,令人望而生畏,」他說,「比如,機器人蜂鳥每秒拍打翅膀20次,而真正的蜂鳥最多能每秒拍打80次。」現在的演示中機器人蜂鳥飛行了8分鐘,工程師們希望通過進一步研發能實現更長久的飛行,希望它最終能像蜂鳥一樣棲息在電線上。
他還說,最終的版本可能並不像蜂鳥,這玩意兒並不是隨時隨地可看見的,他認為模仿麻雀會是較好的選擇。