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高科技鸟类观察变形的飞机机翼

经过密歇根大学|2016年3月17日

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一个由工程师和生物学家组成的国际团队将对鸟类如何如此高效地飞行获得前所未有的深入了解,然后将这些知识用于制造具有可变形机翼的无人驾驶飞机。

这些飞机应该比现在的硬翼飞机更轻,更快,更易于操作。

最近空军科学研究办公室授予了600万美元的拨款,研究人员将首先对其进行最详细的分析鸟的飞行为航空航天工程项目制造的。该项目由密歇根大学(University of Michigan)航空航天工程教授丹尼尔·英曼(Daniel Inman)领导,斯坦福大学(Stanford)和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员负责部分工作。

现代的硬翼飞机使用能产生阻力的襟翼和板条进行控制,而鸟类则利用翅膀上的单个羽毛或一簇羽毛,在不浪费能量的情况下创造出控制飞行的表面。

“通过新材料,先进的传感和控制技术,以及在飞行中观察鸟类的创造性方法,我们的团队将开始为飞机带来禽效率和灵活性,”伊曼说。

更好的效率将使电池供电无人驾驶飞机更实用,而现在很多人依赖化石燃料。该团队还将探索它们的新机翼和尾翼是否适用于小型机组飞机。

斯坦福大学(Stanford University)机械工程助理教授戴维•兰廷克(David Lentink)开发了一种系统,可以测量鸟类周围空气中的压力扰动,而不是给小鸟配备传感器来测量气流、压力和其他力。

“真的很令人兴奋,我们现在可以终于与工程眼的鸟飞,”Lentink说,他也是一个生物学家。“与3D相结合的翅膀上的时分力量机翼的形状每秒1000帧的测量是破译鸟类如何通过改变形状来控制它们产生的空气动力的关键。”

参与该项目的其他生物学家将在大型物种(如鹰)的背上安装摄像机。这将提供近距离观察翅膀,当鸟起飞,滑翔,机动和降落。第三组研究人员将探索翅膀肌肉如何协同工作来控制翅膀的形状。

工程师们将研究为飞机制造变形机翼的各种途径。他们将测试能根据温度变化或电流等刺激改变机翼形状的材料。研究人员认为,他们可以通过3D打印组装类似鸟类翅膀骨骼和肌肉的结构。

为了调节翅膀的形状,另一组工程师将使用脑中的神经元中的神经元的技术进行编程控制计算机,并开发可以通过像神经一样分布的传感器。这些将将气流和压力数据报告回鸟类本能地收集和在飞行中使用的计算机信息。

“一个生物网络可以以与超级计算机相当的速度处理信号,同时只有一百万的权力只重达一百万,”UCLA机械和航空航天工程教授雍辰说。

陈的大脑电路将能够快速和高效地处理传感器的信息,使用它选择最佳的机翼形状来操纵飞机。

工程团队包括德克萨斯A&M大学航空航天工程研究助理教授Darren Hartl,他将开发使用形状记忆合金改变机翼形状的组件。英曼和亨利·索达诺,副教授航空航天工程在U-M,将探索新材料和方法来构建翅膀。斯坦福航空航天教授Fu-Kuo Chang将为翅膀建造分布式传感系统,与陈密切合作。

在加拿大不列颠哥伦比亚州英国哥伦比亚大学副教授的道格拉斯阿尔斯普尔将研究鸟类的触觉反馈,并在鸟飞机分析上使用熊思。Richard Bomphrey是U.K的皇家兽医学院生物力学中的读者,将使用相机来调查如何鸟类改变他们的形状翅膀控制飞行。牛津大学数学生物学教授格雷厄姆·泰勒将提供他之前收集的鸟类飞行数据。


提交:航空+国防


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