穿越机非得用传统的螺旋桨？滚筒式的桨翼没准会更好

武杰 · 发表于 2016-11-13 14:18:26

就目前来说，对于飞行器的形态大家有已经有了一个固化的观念，无非是使用单轴或多轴的桨翼来产生动力，比如直升机、多旋翼无人机等等。而对于“滚轮推进式”飞行器，说出来可能就比较陌生了。

滚翼式无人机

“滚轮推进式”飞行器（cyclocopter）使用的桨翼有点特殊，学术上叫做“摆线桨”，是把桨翼做成一个“滚筒式”的组合旋转来产生推力和升力，很多人乍一看可能觉得这玩意特别新奇，但是这个概念在大约一个世纪以前就被提出了，直到后来直升机、多轴飞行器的出现，才逐渐的被人们所淡忘。

目前只有很少一部分的科研团队在做滚翼飞行器的研究，美国德克萨斯A&M飞行实验室的Moble Benedict教授以及他的团队就是其中之一，最近，他们成功研究出了一个小型的滚翼飞行器，整身重量只有29克。这可能是取代直升机、多轴飞行器的又一个进步。话不多说，先看东西。

上图就是整个飞行器飞行时的状态，如果还是不太明白这个滚翼是如何让无人机飞起来的，看下图你大概就能明白了。

八个桨翼集中在一个滚筒式的结构上，滚筒自传的时候每个桨翼都会相应的发生变化，滚筒高速滚动让流经上下翼面的空气产生流速差，从而在底部产生强大的推理，使得无人机起飞。同时，滚筒在运行时推向后方的气流能够产生向前的推力。

Moble Benedict从事滚翼飞行器研究多年，他表示，在理论上来讲，滚翼方式动能效率更高，功耗更小，同时会更安静，更节省空间，更稳定，在速度上跟直升机也相差无几。

Moble Benedict介绍说，目前他们已经证明了，由于滚翼飞行器的结构的特殊性，其空气动力的转换效率要远高于传统的直升机，而且机动性更强，其控制方向和速度的能力要优于传统直升机很多。

说到这，大家肯定有一个疑问，既然这个东西好处这么多，无人机、飞行器发展了这么久，为什么没有大规模采用这种方式呢？

Moble Benedict的回答是，人们曾经试图探索滚翼式飞行器百十来年了，不过在20世纪初，直升机的巨大成功和广泛应用，让人们是去了对滚翼式无人机研究的兴趣。另外，滚翼式无人机在早前有一个致命的问题，就是其桨翼结构比较复杂，在运行时缺乏适合的飞控稳定，如今科技已经成熟，这方面不再是问题。他们自己研发了相应的陀螺仪、加速器和处理器等等，并且对其内在软件进行了长时间的调试，现在稳定性已经与市面上的无人机相差无几了。

并且，以前滚翼飞行器在运行时，桨片所承受的空气动力比较大，早前没有合适的材料能够适合这个承重，不过随着科技发展，各种符合材料的出现，这一问题也就解决了。他们在试验中使用了创新型的碳纤维复合材料来制作桨片，每片只有0.12克。

未来的研究方向

Moble Benedict教授表示，在未来，会围绕着滚翼飞行器进行更精进的研究，从而让这种无人机更完善，更实用。

首先他们将会对材料进行研究，设计更轻、更结实的桨片，增加其在高速旋转下的荷载能力。

其次，需要对滚翼式飞行器的结构进行精简，让其更加简单，至少不能像目前这么复杂。

还有，对桨片形状的设计关乎无人机在悬停、高速飞行下的状态和效率，这方面还有待提升。

Benedict教授说，他们已经证明了这种滚翼飞行未来的潜力，他们接下来的目标之一是在大型飞行器上进行滚翼式的实验，未来也会延伸至有人驾驶飞机。目前他们已经得到了美国军方的资金上的支持。

其实，以摆线浆为升力的飞行器近两年也有出现，在2014年第五届无人机大会展览上，一架名为风火轮的滚翼机就十分抢眼，该机也采用了两个摆线浆为升力源，同时用作副翼控制，采用一个螺旋桨进行俯仰控制和偏航控制。不过，这架飞机在当时只是一架概念机，这两年已经没有了消息。

中国风火轮

在飞行器（特别是消费级无人机）形态已经被固化的当下，众多从业者所进行的无人机研究很多都是“新瓶装旧酒”，并没有在形态上进行太多的思考，包括很多概念式的飞行汽车也使用了普通多旋翼无人机式的设计，这让人不免乏味。而Benedict教授表示，待滚翼飞行器技术成熟的时候，用在飞行汽车等方向会比传统的飞行器更加的合适，未来前景会十分广阔。