新科技扑翼机

当古人梦想着飞行时,都是以飞鸟为蓝图的,无论是伊卡洛斯、达文西还是滑翔翼大师奥托.利林塔尔,想象出来的飞行器都是模拟鸟拍翅动作的「扑翼机」(Ornithopter)。只是随着二十世纪初的研究进展,发现固定翼加上动力是更加有效率的飞行方法后,扑翼机渐渐被人们抛到了脑后,成为少数人追求的目标。

达文西被认为是扑翼机的始祖,虽然他设计的扑翼机从来没超出草稿阶段(或至少大家是这样认为的),但是却有很多元素证明了这不是个一昧抄袭鸟类的设计,而是认真的想要做一架飞行器来。除了机翼是用一整片的薄膜,不是硬用羽毛之外,达文西设计了一系列的滑轮,将采踏的动作转换成翅膀的拍动 -- 显然地达文西也认知道用手拍动是怎样也无法提供足够的动力,只有腿力才有希望。
第一架扑翼机是由法国人 Gustave Trouvé 在 1870 年示范的一架无人扑翼机,半飞半滑翔了 70 公尺远。这架「飞机」最特别的地方,是它使用了火药 (!) 和一种称为「波登管」的装置为动力。波登管常见于压力计中,是一种平常弯曲,当内部受压时会伸直的金属管。Gustave 正是利用了这种特性,当火药被点燃打入波登管时管子会伸直,火药离开管子后会弯曲,从而产生拍动翅膀的动作,算是一种非常特别的内燃机。

1929 年则有一位德国人 Alexander Lippisch 制作了一架人力扑翼机 -- 但是它必需要由牵引机拖上天空后,再靠人力「飞行」个几百公尺。很多当时的人都质疑它究竟是在飞,还是只是靠着人力减缓下降速率的「滑翔」,但要确定这点,必需要知道扑翼机在离开牵引机后,是否有保持原来的速度和高度,在缺乏数据的前提下,我们大概永远也无法知道它算不算是个人力扑翼机。不过 Lippisch 大概也不会太在意扑翼机在后人心目中的印象,毕竟身为火箭动力飞机三角翼和无尾翼飞机研究的先驱,这位鬼才有太多被后人传颂的事迹了。


在 Lippisch 之后有许多人尝试过拖曳式的人力扑翼机,但是受限于人力的因素,飞行的时间都不特别长。所以合理的下一步,就是考虑机械动力的扑翼机。和普通的飞机相比,扑翼机有在低速下非常有效率的优点,Adalbert Schimd 在 1942 年设计的动力扑翼机只靠着一颗 3 马力的摩托车引擎,就让一架单人飞机从地面起飞,并且以每小时 60 公里左右的时速,飞行了 15 分钟。随后换装的 6hp 引擎,更是让它的速度提升到了 80km/h。Schmid 的设计好玩的地方,在于为了让「扑翼」的效率最大化,它的面积会小到不足以支撑飞机的重量,因此这些飞机前面是普通的大翅膀,后面是小一号的扑翼,长得蛮搞笑的。战后 Schmid 开发了一架用 10hp 马力,可以坐两个人,以 100~120 km/h 飞行的扑翼机,但是在即将来临的喷射机时代面前,只能算是有趣的玩物了。

近代最知名的扑翼机,当属在 2006 年由多伦多大学试作的动力扑翼机,靠着拍动整片翅膀(Schmid 的有固定的部份)达成从起飞开始,一共 14 秒的飞行。看着一架飞机用力拍着翅膀,实在是个蛮诡异的景象啊...



最后,同样是多伦多大学,在今年 8/2 达成的新人力扑翼机纪录,这架名为 Snowbird 的扑翼机在靠汽车拖上天之后,在空中维持了 19.3 秒,总飞行距离 145 公尺。Snowbird 重仅 42 公斤,但拥有 32 公尺长的翼展,和一架波音 737 相当呢!

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经过了 100 年在固定翼飞机的阴影下(很多人还是认为它不可能),扑翼机的研究在近年有复兴的趋势,主要是因为它高效率、零活的特性很适合最近逐渐微型化的飞行无人载具。虽然人类应该是不会有拿扑翼机做为代步工具的一天,但是「像鸟类一样飞翔」的梦想,一点也不遥远呢!

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