苍蝇飞机（右）与黄蜂飞机（左）

　　《西游记》中孙悟空摇身一变成了苍蝇；美国大片《变形金刚》、《金刚狼》中，微小飞行器拥有出人意料的威力……在中西方神话及科幻小说里，类似昆虫飞机的武器大展神通。昆虫飞机的机体实际上是一个“搭载平台”，可通过它传递文字、情报，也可通过机体材料表面改性，成为一种攻击性的武器。当前，西方国家都将昆虫飞机作为重要的研究领域，而且极度保密，这样的研究往往披上了一层神秘的面纱。如今，我国也在该领域取得了一系列成绩。
　　插着微电极的天牛、身披芯片的知了、蝉标本构成的飞机LOGO、拖着小纸飞机的黄蜂、“苍蝇飞机”拼成的“同济”字样……在同济大学航空航天与力学学院微小飞机实验室里，人们脑海中昆虫的形象全变了样，它们成了一架架微型飞机。实验室负责人沈海军教授透露，同济大学已经在昆虫动力微型飞机方面开展了一系列研究，并取得进展：成功放飞了“苍蝇动力飞机”，探索了“黄蜂动力飞机”的可能性。最近，他们又研制出了一枚巴掌大小蝉动力微型飞行器，并在人工遥控蝉的行为研究方面获得成功，在昆虫动力飞机技术与应用上迈出了一大步。

■昆虫飞机可大展身手
　　面对残酷的生存法则，苍蝇、黄蜂、蝉等昆虫练就了高超的飞行技能，成为自然界中的飞行高手。有人会问，对于已经掌握诸多航天技术的人类，去学习这些昆虫，给这些飞行高手身后拖一个飞机机体，有没有必要？沈海军认为，答案是肯定的，未来，在军事、航天等诸多领域，昆虫飞机可大展身手。
　　沈海军介绍，各国在昆虫动力飞机技术与应用方面取得了不小的进展，但离实际的应用，仍有很长的路要走，存在一系列的技术难题亟须克服。比如说接收设备与能源问题，昆虫动力飞机上，一切都要很轻，因此接收设备要高度集成化，电池要足够小且能量持久；还有飞行遥控问题，昆虫飞机飞行遥控时的状况要远比地面昆虫爬行遥控复杂得多，许多意外因素必须充分考虑，这样才能保证飞机飞行遥控的可靠性。未来昆虫动力飞机要取得实际应用，必须借助全球定位系统进行跟踪，并不断发出遥控指令。

■技术难题找到突破口
　　同济最新研发的“蝉飞行器”，就是在解决昆虫飞机的诸如技术性难题时找到了突破点。蚱蝉，广泛分布于我国东部、南部及中西部地区。蚱蝉又名熊蝉，因膀大腰圆，体格健壮而得名。沈海军小组研制出的一架昆虫动力遥控微型飞机样机，动力装置就是模拟这种蚱蝉。之所以选择蚱蝉作为引擎，除了考虑到该“引擎”动力强劲外，还考虑到这种蝉具有较大的体形，方便遥控接收器的加装。初步的动力测试结果表明，蝉动力飞机具有极高的推重比(推力和飞机总重之比)，大于2.0，约为美国先进四代战机F22的两倍。同时，实验显示，蝉飞机上的遥控器就像一只无形的手，可驱使着蝉飞机按照操纵者的意志行进。

■课堂上放飞“苍蝇飞机”
　　在《微型飞机设计、制作》实践课的课堂上，指导教师沈海军教授亲自放飞了一架比一枚邮票还小的“苍蝇动力飞机”。该“苍蝇飞机”的重量约为0.04克，相当于一颗黄豆的重量；翼展1.2厘米，大小与五角硬币相当；飞机机体由很轻的油封纸裁剪、折叠而成。这里的所谓“苍蝇飞机”，实际上就是以苍蝇作为引擎的微小飞机。在本次《微型飞机设计、制作》实践课上引入“苍蝇飞机”，主要目的有两个，一是激发学生们的创新思维，二是发掘昆虫动力飞机的应用潜力。
　　“苍蝇飞机”设计、制作并不容易。为了获得飞机的“引擎”——苍蝇，沈海军教授带领几位同学拿着扑捉苍蝇的塑料袋跑遍了整个同济校园的十余处扑蝇器。天气炎热，但大家一发现某扑蝇器内有鲜活的苍蝇，就会无比激动，因为他们心里明白，自己飞机的引擎终于找到了。
　　苍蝇“引擎”有了，接下来就是要测量引擎的推力。为此，同学们想出了一个简单而又实用的方法：竖起一根半米长0.6毫米粗的碳纤维杆，碳纤杆的顶端用细线黏住苍蝇；然后驱赶苍蝇，并用摄像机记录下苍蝇拉动碳杆顶端的位移；最后根据该位移值和碳纤杆的刚度估算出苍蝇的拉力。实验结果发现，苍蝇飞行中的拉力可达到0.1克，其推重比达到惊人的2.5。相比之下，美国最先进的第四代战机F22的推重比仅为1.2。“苍蝇飞机”完胜，推重比约为F22战机的两倍。
　　获得了苍蝇发动机的推力数据后，下来要做的事就是确定“苍蝇飞机”的构型，并计算飞机的升力、阻力。为此，同学们提出了三种方案：常规布局、三角翼和鸭式布局，并用气动软件估算了三种布局苍蝇飞机的升力和阻力。气动分析表明，三种方案均与发动机有很好的匹配性；飞行时，机翼可以获得相对较大的升力以及较小的空气阻力。
　　有了苍蝇“引擎”和飞机方案，用剪刀裁剪油封纸做出机体，并将苍蝇“引擎”和机体用0.5毫米粗的超细碳纤杆胶结，一架“苍蝇飞机”就完成了。
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