北航自主研發撲翼飛行器，飛行續航時間破世界紀錄

1小時31分04秒98，這是由北京航空航天大學前沿科學技術創新研究院新概念飛行器團隊自主研制與試驗的“雙關節大鳥型撲翼飛行器”（簡稱“撲翼飛行器”）的飛行續航時間。10月21日，新京報記者從北航了解到，這一時間創造了新的世界紀錄。

據介紹，吉尼斯紀錄機構對國際上現存人造撲翼飛行器進行了充分調研，認為這一飛行器的續航優勢具有較好的實際應用前景，并將紀錄名稱確定為“撲翼式無人機單次充電飛行時間最長”。

“雙關節大鳥型撲翼飛行器”外形與鳥類“神似”。受訪者供圖

撲翼飛行器優于傳統 有重要應用前景

白色的梭形身軀，在飛行中，一對近乎透明的翅膀像鳥一樣展開并扇動飛翔，這是此次研發的撲翼飛行器在空中飛行的樣子。據介紹，這一飛行器此次長續航飛翔的背后，是北航前沿科學技術創新研究院新概念飛行器團隊在撲翼領域深耕近10年的努力。該團隊由焦宗夏教授、趙龍飛副研究員牽頭，目標是突破撲翼實用性分析與設計方法，爭取在撲翼飛行性能上取得本質突破。

為何撲翼飛行器具有研究價值？據團隊相關負責人介紹，撲翼飛行機理復雜，控制困難，對機械系統要求極高，人造撲翼欲實現飛行能力，困難重重。1903年，萊特兄弟完成首次成功的載人動力飛行，此后固定翼與直升機成為了主流航空運輸平臺，撲翼飛行的探索自此長期沉寂。隨著航空技術高速發展，研究人員逐漸發現，即便最先進的飛行器，在很多方面還是與自然界的鳥類、昆蟲等飛行生物相差甚遠。由此，撲翼研究近年來重新成為研究熱點，在軍事偵查、火星探測、機場驅鳥、臨近空間飛行器等領域具有重要的應用前景。

由于撲翼設計既包含傳統飛機幾何參數，又包含多自由度柔性、運動參數，導致設計等方面無法應用已有飛行器設計理論。對此，北航團隊首創“撲翼推進波”理論，將周期撲翼運動構建為時均解析波動輸運模型，打通由撲翼復雜參數快速評估氣動性能的理論通道，進而攻破撲翼正向優化設計難題。相關理論多次發表于AIAA Journal等航空航天頂刊，并對撲翼飛行器的研發起到關鍵指導性作用。團隊基于上述理論成果進行了翼展20cm至2m的系列撲翼飛行器的樣機研制與飛行試驗。

北航獲得的吉尼斯世界紀錄證書。 受訪者供圖

靠嚴謹的飛行規則 成功挑戰世界紀錄

2021年10月，北航團隊進行了吉尼斯挑戰申請。這是因為此前撲翼飛行器飛行時間均較短，大多只能達到半小時左右，顯著落后于常規布局的其它類型飛行器，實際應用意義不高，因此撲翼的吉尼斯航時紀錄一直處于空缺狀態。為了紀錄立項，吉尼斯紀錄機構對國際上現存人造撲翼飛行器進行了充分調研，最終認為如果挑戰者撲翼飛行器可以飛行1個小時，將對現存撲翼飛行器形成絕對續航優勢，并具有較好的實際應用前景，因此吉尼斯紀錄官方將續航1個小時作為撲翼飛行器首個航時紀錄的立項指標，并將紀錄名稱確定為“撲翼式無人機單次充電飛行時間最長”。

北航研發的撲翼飛行器在挑戰世界紀錄。 受訪者供圖

“其實早在2021年初進行航時初步測試時，撲翼飛行器實際飛行時間已經達到了53分鐘，其理論飛行效率超過大部分固定翼飛機。”上述負責人介紹，經過動力系統與機翼動力學進一步優化調整，團隊實現了撲翼機性能的再一次躍升，達成了當前紀錄挑戰的最佳狀態。受到疫情、限飛政策與天氣影響，最終的撲翼飛行挑戰時間確定于2022年7月21日。根據挑戰規則，飛行前，見證人必須確認飛行器僅由電池供電，且不許采用太陽能電池，并在起飛前對電池進行封裝，確保挑戰紀錄全過程電池沒有更換或充電。挑戰的全過程嚴格按照挑戰規則，如出差錯，則將被認定為挑戰失敗。挑戰過程由多位第三方見證人和計時員出席，并多機位進行全程視頻記錄。

“當撲翼飛行器留空50分鐘，貼近了此前的最好飛行狀態時，在場所有人都緊張起來，直到飛行器成功突破1個小時的續航，大家才松了一口氣。”見證此次飛行的工作人員回憶道，最終，在1小時20分鐘左右，團隊發現飛行器電力即將達到極限，飛手利用僅有的剩余功率，盡可能將撲翼飛行器爬升到較大的高度，此后飛行器開始以最低電力維持平飛，最后緩慢下降，并安全降落。認證過程所有源文件經過吉尼斯紀錄中國代理與倫敦總部的聯合審查，給予挑戰通過，最終飛行器續航時間被認定為1小時31分04秒98。

據介紹，在撲翼飛行器研究中，團隊教師充分調動了學生的積極性與創造性。飛行器研制團隊學生包含博士生、碩士生與本科生共12人，帶動多項碩博士課題，本科生的創造性中間成果多次獲得科技競賽獎項。

新京報記者 劉洋

編輯 繆晨霞

校對 柳寶慶