西工大新聞網10月7日電（孫靜怡 陳夢雪）“姿態正常！導航正常！航線上傳完成！可以起飛！”2023年9月22日上午8時54分12秒，在秦嶺山麓的西北工業大學大學長安校區，在國家級認證機構工作人員的見證下，西北工業大學仿生飛行器研究團隊研制的“信鴿”仿生飛行器扇動翅膀，輕盈地起飛。
“信鴿”在空中時而振翼疾飛，時而盤旋，時而隨風滑翔。11時59分42秒，順利滑翔降落，3小時5分30秒的續航時間，打破了由該團隊研制的“云鸮”仿生飛行器創造的2小時34分38秒的撲翼式無人機單次充電飛行時間吉尼斯世界紀錄。
據了解，同2022年11月15日創造撲翼式無人機單次充電飛行時間吉尼斯世界紀錄的“云鸮”仿生飛行器相比，“信鴿”機身更小，翼展不足“云鸮”的一半，重量約為“云鸮”的四分之一，是仿生飛行器在技術上的一次飛躍。
飛行中有鳥類伴飛
不到一年的時間，接連突破吉尼斯世界紀錄，不斷超越仿生飛行器的技術極限，西北工業大學仿生飛行器研究團隊一方面開展鳥類飛行機理研究，把機理研究成果應用于仿生飛行器的研制；另一方面，積極參與10余場次演示演習活動，從實戰中找尋和解決真需求、真問題。
仿生撲翼飛行器模仿鳥類等生物撲動翅膀的飛行方式，因其質量輕、體積小、噪音弱等特點，具有仿生性、隱蔽性和便攜性，一般為手拋起飛、滑翔降落，起降不受場地限制，可應用于局地復雜環境隱蔽偵察、應急救援信息獲取和野外生物科考等多個領域。
面向科技前沿，從鳥類飛行機理研究入手，攻克關鍵技術
在空中展翅翱翔是人類自古以來的夢想，鳥兒的飛行姿態獨具魅力，飛行方式千變萬化，代表了人類對飛行最原始的理解和追求，是自古以來人類向往的夢想，西北工業大學仿生飛行器研究團隊把這種向往寄托到了仿生飛行器研究中。
仿生飛行器研究團隊負責人宋筆鋒教授表示，自然界的鳥類飛行能力驚人，研究它們的飛行機理和相關仿生技術，是發展新概念飛行器與提升現有飛行器性能的顛覆性技術，當今世界航空強國也都將仿生飛行技術列入了重點發展領域。要研制性能優越的仿生飛行器首先得研究鳥類是怎么飛行的。
想要探索鳥類的飛行機理，研究過程非常艱難。團隊骨干教師薛棟副教授表示，團隊通過觀察鳥的飛行，記錄下鳥類飛行姿態，每一個影響因素的研究，都歷經上百次的迭代模擬，開展仿真分析和風洞實驗研究，探索鳥類高效飛行的秘訣。
仿生飛行器研究團隊從鳥類翅膀結構、撲動方式與飛行性能的內在機理研究入手，詳細研究了鳥翼結構、運動形式等對飛行性能的影響機理。博士研究生劉康、稂鑫雨研究了鳥翼幾何外形、展縮與結構變形對升力、推力的影響機理，得到了優化的仿生翼外形，以及展縮與結構變形方式；博士研究生包晗研究了小翼羽在鳥類起降階段的作用機理，發現小翼羽結合了前緣縫翼和渦流發生器的作用，有效抑制大迎角時翅膀前緣的流動分離，顯著改善了起降性能；博士生吳濤等研究了多自由度撲動方式對氣動性能的影響規律，得到了顯著提高氣動效率的撲動方式；碩士研究生劉丹、劉夏茹研究了翼稍梢開縫對飛行性能的影響，研究表明翼梢開縫通過破碎翼尖渦可以有效減小誘導阻力。
通過機理性的研究，團隊對鳥類如何高效飛行有了更深的理解，由此突破仿生飛行器設計中撲動翼、驅動機構、飛控系統設計等關鍵技術，研制了具有較高飛行性能的“信鴿”“云鸮”等仿生飛行器，續航時間等指標達到了世界領先水平。
不同翼平面形式影響機理研究
不同展縮形式影響機理研究
翼梢開縫作用機理研究
面向實戰需求，從一線實際應用入手，找準研究方向
解決研究領域的真需求、真問題，這才是科研價值所在。團隊樣機研制負責人宣建林副教授說，“實戰需求是團隊開展仿生飛行器科學研究的根基，閉門造車、不和一線用戶交流，是做不出好研究的，我們只有去一線摸爬滾打，才能找到真問題，才是真正面向實戰需求。”
2022年以來，團隊受邀參加多次演習演示活動，“信鴿”“云鸮”仿生飛行器在北京、天津、河北保定、廣東廣州、湖南衡陽、江蘇南京、福建廈門、四川稻城（海拔4100m）、新疆烏魯木齊和庫爾勒等全國10余個地區，完成了1500余架次的任務飛行。
“信鴿”在各地執行飛行任務
“云鸮”在各地執行飛行任務
在一場場實戰應用中，研究團隊積極找尋真需求，挖掘真問題。“續航時間能不能再長一點？”“載荷能力能不能再大一點？”“這個飛行器能抗幾級風？能不能抗6級風？”“新疆冬天氣溫低，這個飛行器能在低溫下飛行嗎？”......來自一線的一個個問題，回到實驗室就成為一個個必須要解決的科學難題，成為一項項研究課題，成為一位位碩博士研究生的研究方向。
有問題就有方向、有動力。在實踐過程中發現問題，分析問題，解決問題的過程也正是將理論學習和實踐應用相結合的過程，這些問題也為我們提供了今后研改的方向，從工程問題中提煉出科學問題，研究改進后再指導工程實踐，反復迭代，精益求精。“信鴿”仿生飛行器學生負責人、博士生柳柳帶領李榜、王世洋、種文斌、宋曉偉等工程師團隊參與某部的試點應用任務，連續8個月扎根一線，輾轉廣東、江蘇、湖南、新疆等多地。柳柳表示，當飛行器真正面向實戰化任務需求時，復雜的現場環境，變化的任務要求，陌生的任務地域都是對研究人員和研制成果的挑戰與考驗，比如實戰中發現“信鴿”爬升慢的問題影響著任務執行的效率，課題組把撲動翼結構拓撲優化列為一個研究課題，通過對多輪的優化設計，增強了飛行器的爬升性能，能夠快速到達指定高度。
“云鸮”仿生飛行器學生負責人、博士生孟瑞和飛控系統負責人、博士生翟晨光多次帶領劉嘉成、陳秋旭、孫新杰等工程師參與演習演示活動，在西藏、甘孜等高原地區的試飛過程中，風場環境很不穩定，在強風環境下，由于升降副翼操縱方式的操縱效率不足，“云鸮”飛行器難以按照預設航線飛行，甚至出現失速墜落的情況。通過深入研究撲動翼的差動控制方法，實現了滾轉操縱，提升了強風環境下的操縱性能。孟瑞表示，從實戰場景中發現問題，對研究有了更深刻的認識，將實戰需求和自己的研究課題結合起來，把實戰發現的問題變成科學問題，努力去攻克、去解決的過程真是自己成長最快的過程。
孟瑞博士
雙總師制，教研相長培養“總師型”人才
麻雀雖小，五臟俱全。仿生飛行器研究涉及了飛行器設計、空氣動力學、結構強度、機構設計、飛行控制、通信導航、任務載荷設計、能源動力系統匹配等多個學科專業，從概念提出，到初步設計、詳細設計，再到地面實驗和飛行測試，全流程基本和大飛機設計都一樣。
研究團隊實行研究生項目雙總師制度，每一型仿生飛行器任命教師總師和學生總師，不斷突破的過程是團隊協作、精益求精的過程。每一次外場測試時，負責總體、撲動翼、驅動系統、飛控系統設計的同學都會參與進來，一起解決飛行過程中遇到的問題，討論改進方案。最終經過改進、解決問題，在不斷改進的過程中，飛行器的性能得到了提升，團隊成員們也積累了豐富的飛行器研制經驗。
“惟其艱難，才更顯勇毅；惟其篤行，才彌足珍貴。”在一次次不斷突破超越的創新中，在一次次實踐任務的鍛造中，在一次次挑燈夜戰的奮斗中，仿生飛行器團隊的研究生們在干中學，在學中干，堅定信念、勤學知識、苦練本領、增長才干，逐漸成長為“專業精、系統強，重實踐、能擔當”的人才。
仿生飛行器團隊畢業的研究生，絕大部分都入職我國航空航天領域的企事業單位，他們中有從事新一代戰斗機、大型運輸機設計的，也有從事C919大型客機設計的，還有從事神舟載人飛船系統、天舟系列貨運飛船設計的。
如神舟載人飛船系統副總設計師邵立民在接受鳳凰衛視采訪時所說，“我在碩士和博士階段做的是撲翼飛行器的研究，一些靈感和想法都緣起于當年在學校的學習和積累，這與后來從事載人飛船系統的總體設計是一脈相承的。在學校我們受‘公誠勇毅’校風的熏陶，受老師們的言傳身教，我們要永遠懷揣家國情懷，不管從事什么職業，只有心懷國家和民族，才能在奮斗中獲得源源不斷的驅動力。”從小小“仿生飛行器”到“大國重器”，仿生飛行器團隊的優秀畢業生們傳承著西工大人“公誠勇毅”的精神追求，踐行著西工大人“為國鑄劍”的使命擔當，把愛國情、強國志、報國行自覺融入實現高水平科技自立自強的奮斗之中。
逐夢藍天，激揚未來。西北工業大學仿生研究團隊將面向科技前沿和國家需求繼續勇毅前行，深入開展鳥類飛行機理研究，研制更加高效的仿生飛行器，推動仿生飛行器在更多領域的應用，為國家和社會做出更多貢獻。
（審稿：宣建林）
