北航自主研发扑翼飞行器，飞行续航时间破世界纪录
1小时31分04秒98，这是由北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院新概念飞行器团队自主研制与试验的“双关节大鸟型扑翼飞行器”（简称“扑翼飞行器”）的飞行续航时间。10月21日，新京报记者从北航了解到，这一时间创造了新的世界纪录。
据介绍，吉尼斯纪录机构对国际上现存人造扑翼飞行器进行了充分调研，认为这一飞行器的续航优势具有较好的实际应用前景，并将纪录名称确定为“扑翼式无人机单次充电飞行时间最长”。
“双关节大鸟型扑翼飞行器”外形与鸟类“神似”。受访者供图
扑翼飞行器优于传统 有重要应用前景
白色的梭形身躯，在飞行中，一对近乎透明的翅膀像鸟一样展开并扇动飞翔，这是此次研发的扑翼飞行器在空中飞行的样子。据介绍，这一飞行器此次长续航飞翔的背后，是北航前沿科学技术创新研究院新概念飞行器团队在扑翼领域深耕近10年的努力。该团队由焦宗夏教授、赵龙飞副研究员牵头，目标是突破扑翼实用性分析与设计方法，争取在扑翼飞行性能上取得本质突破。
为何扑翼飞行器具有研究价值？据团队相关负责人介绍，扑翼飞行机理复杂，控制困难，对机械系统要求极高，人造扑翼欲实现飞行能力，困难重重。1903年，莱特兄弟完成首次成功的载人动力飞行，此后固定翼与直升机成为了主流航空运输平台，扑翼飞行的探索自此长期沉寂。随着航空技术高速发展，研究人员逐渐发现，即便最先进的飞行器，在很多方面还是与自然界的鸟类、昆虫等飞行生物相差甚远。由此，扑翼研究近年来重新成为研究热点，在军事侦查、火星探测、机场驱鸟、临近空间飞行器等领域具有重要的应用前景。
由于扑翼设计既包含传统飞机几何参数，又包含多自由度柔性、运动参数，导致设计等方面无法应用已有飞行器设计理论。对此，北航团队首创“扑翼推进波”理论，将周期扑翼运动构建为时均解析波动输运模型，打通由扑翼复杂参数快速评估气动性能的理论通道，进而攻破扑翼正向优化设计难题。相关理论多次发表于AIAA Journal等航空航天顶刊，并对扑翼飞行器的研发起到关键指导性作用。团队基于上述理论成果进行了翼展20cm至2m的系列扑翼飞行器的样机研制与飞行试验。
北航获得的吉尼斯世界纪录证书。 受访者供图
靠严谨的飞行规则 成功挑战世界纪录
2021年10月，北航团队进行了吉尼斯挑战申请。这是因为此前扑翼飞行器飞行时间均较短，大多只能达到半小时左右，显著落后于常规布局的其它类型飞行器，实际应用意义不高，因此扑翼的吉尼斯航时纪录一直处于空缺状态。为了纪录立项，吉尼斯纪录机构对国际上现存人造扑翼飞行器进行了充分调研，最终认为如果挑战者扑翼飞行器可以飞行1个小时，将对现存扑翼飞行器形成绝对续航优势，并具有较好的实际应用前景，因此吉尼斯纪录官方将续航1个小时作为扑翼飞行器首个航时纪录的立项指标，并将纪录名称确定为“扑翼式无人机单次充电飞行时间最长”。
北航研发的扑翼飞行器在挑战世界纪录。 受访者供图
“其实早在2021年初进行航时初步测试时，扑翼飞行器实际飞行时间已经达到了53分钟，其理论飞行效率超过大部分固定翼飞机。”上述负责人介绍，经过动力系统与机翼动力学进一步优化调整，团队实现了扑翼机性能的再一次跃升，达成了当前纪录挑战的最佳状态。受到疫情、限飞政策与天气影响，最终的扑翼飞行挑战时间确定于2022年7月21日。根据挑战规则，飞行前，见证人必须确认飞行器仅由电池供电，且不许采用太阳能电池，并在起飞前对电池进行封装，确保挑战纪录全过程电池没有更换或充电。挑战的全过程严格按照挑战规则，如出差错，则将被认定为挑战失败。挑战过程由多位第三方见证人和计时员出席，并多机位进行全程视频记录。
“当扑翼飞行器留空50分钟，贴近了此前的最好飞行状态时，在场所有人都紧张起来，直到飞行器成功突破1个小时的续航，大家才松了一口气。”见证此次飞行的工作人员回忆道，最终，在1小时20分钟左右，团队发现飞行器电力即将达到极限，飞手利用仅有的剩余功率，尽可能将扑翼飞行器爬升到较大的高度，此后飞行器开始以最低电力维持平飞，最后缓慢下降，并安全降落。认证过程所有源文件经过吉尼斯纪录中国代理与伦敦总部的联合审查，给予挑战通过，最终飞行器续航时间被认定为1小时31分04秒98。
据介绍，在扑翼飞行器研究中，团队教师充分调动了学生的积极性与创造性。飞行器研制团队学生包含博士生、硕士生与本科生共12人，带动多项硕博士课题，本科生的创造性中间成果多次获得科技竞赛奖项。
新京报记者 刘洋
编辑 缪晨霞
校对 柳宝庆
