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    院成功研制飞鱼仿生微型电动滑翔机

      发布时间:2018-03-27 06:29

      近日,借助三维打印技术,我校航空航天与力学学院沈海军教授团队针对飞鱼开展了计算机建模、风洞试验、动力测试、飞鱼飞机制作等一系列仿生研究工作,并于3月9日成功试飞了一架飞鱼仿生微型电动自由飞滑翔机。

      近日,借助三维打印技术,我校航空航天与力学学院沈海军教授团队针对飞鱼开展了计算机建模、风洞试验、动力测试、飞鱼飞机制作等一系列仿生研究工作,并于3月9日成功试飞了一架飞鱼仿生微型电动自由飞滑翔机。

      为躲避鲨鱼等其他鱼类捕食,飞鱼经常会跃出水面,在空中滑翔。资料显示,一些飞鱼的跳跃高度可达一米多,滑翔距离甚至可以超过10米,具有极其优越的“飞行”性能。针对红斑鳍飞鱼和白鳍飞鱼的几何外形,沈海军教授团队采用CAD软件Catia分别进行了几何实体建模;建模后,通过三维打印机直接打印出了两种飞鱼的三维模型实体;然后,将该三维飞鱼模型实体放置风洞中进行吹风试验,获得了飞鱼滑翔中的空气动力学特性数据。

      沈海军教授表示,“直接将动物三维打印出来,并进行风洞试验,这在国内外尚无先例。风洞试验结果显示,在很大迎角范围内,飞鱼的升阻比(升力和阻力的比值)都能够维持在5~6之间,这是普通室内微小飞机升阻比的上限。这说明两种飞鱼均具有极佳的气动性能。”

      要成功研制一架飞鱼仿生微型电动滑翔机,除了要获取飞鱼的气动性能数据外,还要做两个方面的工作。第一,制作飞鱼仿生微型滑翔机的部件。为此,沈教授团队按照红斑鳍飞鱼的实际尺寸,用1.5毫米厚的Depron泡沫板制作了鱼的鳍、尾和翅;飞鱼的翼展为28厘米。此外,为了制作飞鱼的流线型身体,该团队人员还分别专门三维打印了鱼的身体作为模具;然后,将Depron板贴压在模具上,采用热压法制作出了鱼的左右半身体。第二,给飞鱼仿生微型滑翔机选择匹配的动力。沈教授精心挑选了6毫米直径的有刷电机和46毫米直径的桨叶作为动力;2.7伏特3法拉可反复充电的超级电容作为能源,并用手机的充电宝进行充电。

      完成上述工作后,组装飞鱼滑翔机部件,并加装动力系统,一架飞鱼仿生微型电动自由飞滑翔机便制作完成。最终,飞鱼仿生微型电动滑翔机的总重量仅为4.6克。了确保动力系统与气动性能相匹配,加装了动力系统的飞鱼微型飞机被安装在自制的动力系统测试平台上。测试结果显示,该动力系统可产生3克的拉力,满足电动自由飞飞机的拉力、升力要求。

      3月9日下午,飞鱼微型滑翔机在航力学院楼前的草坪上加电试飞;通电后飞机自由盘旋两圈后平稳降落,试飞成功。

      此外,沈海军教授表示,“现在,同济航力学院的微小飞机实验室已经三维打印出了蜻蜓、蝴蝶、苍蝇、蝉等。希望这些三维打印的动物实体,能够帮助我们揭示更多自然界中动物飞行的奥秘。”

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