似乎,隨著科學的發(fā)展,人類的生活用品和儀器儀表正在沿著小而精的方向發(fā)展,其中,電腦,芯片,通訊器等都已經(jīng)進入了這個階段,而一直被認為是高端科技領域的飛行器,也走上了微型化道路。微型飛行器是于20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型飛行器。其應用技術基本上已超出傳統(tǒng)的飛機設計和空氣動力技術的研究范疇,是對傳統(tǒng)航空技術的一種挑戰(zhàn),同時它的出現(xiàn)也開拓了納米技術和微機電系統(tǒng)技術在航空領域的應用。微型飛行器的發(fā)展和應用,必將推動國防科技工業(yè)的發(fā)展,并且具有廣闊的民用前景。
微型飛行器不同于傳統(tǒng)概念上的飛機,它是MEMS(微機電系統(tǒng))集成技術的產(chǎn)物。微型飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)中的微型地平儀、微型高度計,導航系統(tǒng)中的微型磁場傳感器和微型加速度計、微陀螺儀等,飛行控制系統(tǒng)中的微型空速計、微型舵機等,在微型飛行器上應用的微型攝像機、微型通訊系統(tǒng)等,都需要MEMS技術的支持,以減少體積和重量,改善飛行器的性能。微型飛行器的動力--微型發(fā)動機也需利用MEMS技術制造,所以說,微型飛行器除機身和機翼外,都需依靠MEMS技術,甚至機翼也可以用MEMS技術制造靈巧蒙皮,以控制飛行器的飛行姿態(tài)。
微型飛行器也稱為MAV(Micro Air Vehicle),現(xiàn)在正在研究的MAV主要有三種,一種是像飛機一樣的固定翼模型,第二種是跟昆蟲和鳥類一樣的撲翼模型,第三種是跟直升機一樣的旋翼模型。微型飛行器跟鳥類和昆蟲一樣都在低雷諾數(shù)下飛行,因此對鳥類和昆蟲的研究對微型飛行器大有幫助。
從目前微型飛行器的研究現(xiàn)狀和未來高新技術的發(fā)展來看,微型飛行器將會有以下的發(fā)展趨勢:
微型固定翼飛行器技術將會完全成熟。按照目前的研究進度,可以預測十年內(nèi)微型固定翼飛行器的性能將會顯著改善。微型飛行器的留空時間將會由目前的幾十分鐘發(fā)展到幾小時,作戰(zhàn)半徑將由幾公里增加到上百公里,并且將可以實現(xiàn)完全的自主飛行。目前,美國航空環(huán)境公司研制和生產(chǎn)的微型固定翼飛行器“黃蜂”(WASP)采用鋰電池已經(jīng)創(chuàng)造了一項最長時間(1小時47分鐘)的飛行記錄。研制出飛行性能可以與鳥類、昆蟲等相媲美的微型撲翼飛行器。在今后一、二十年中,隨著非定??諝鈩恿W和低雷諾數(shù)空氣動力學研究的深入,仿生撲翼動力學基礎理論研究將取得很大突破,從而使微型撲翼飛行器的工程化和實用化成為可能。加州大學的研究人員用4年時間研究蒼蠅翅膀的工作機理,已經(jīng)造出了只有10毫米長、3毫米寬、5微米厚的仿生翅膀。它能夠以每秒鐘150次的頻率上下?lián)鋭?,并且已?jīng)使最大尺寸不足3厘米,重量只有100毫克的MFI(Micromechanical Flying Insect)微型撲翼飛行器實現(xiàn)了綁附在一根細線上的半自主飛行。
微型飛行器用于“火蟻戰(zhàn)爭”。這是一種全新的戰(zhàn)爭形態(tài),未來的戰(zhàn)爭將不再是以坦克、軍艦和有人駕駛飛行器為特征的常規(guī)作戰(zhàn)模式。大量靈巧微型傳感器(微型飛行器或其變體)將綜合成全球天基偵察系統(tǒng),那時將會有成千上萬可以飛行、爬行、盤旋的昆蟲大小的武裝微型飛行器被用來探測、跟蹤、瞄準、攻擊和著陸到任何大小的軍事目標。微型飛行器將使未來戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場空間急劇擴大,并最終可能演變成使用微型機器人的第六維戰(zhàn)爭。
微型飛行器是一個包含多種交叉學科的高、精、尖技術,其研究水平在一定程度上可以反映出一個國家的科技水平。微型飛行器的研制不僅是對其本身涉及問題的解決,更重要的是,微型飛行器涉及的關鍵技術問題的提出和解決將有力的帶動、促進相關的技術領域的巨大發(fā)展。