一種使用變形翼無人機產生精細飛行動作的方法

無人駕駛飛行器(UAV)或無人駕駛飛機已廣泛用于各種現實世界環境，包括電影業、軍事和運輸部門。未來，它們還可用于在搜索和救援任務期間協助人工代理、監控遠程或無法進入的環境以及交付包裹。

當今市場上的大多數無人機都有類似的結構，由一個主體和四個或更多的旋轉螺旋槳組成。然而，一些工程師一直在開發新的無人機，其設計靈感來自鳥類或其他飛行生物。

劍橋大學和耶路撒冷希伯來大學的兩位研究人員ArionPons和FehmiCirak最近推出了一種新方法，可以使無人機具有超機動性，從而可以調整其機翼配置。他們的方法在arXiv上預先發表的一篇論文中提出，從允許鳥類、蝙蝠和其他飛行生物體以不同且精細的方式飛行的生物動力學中汲取靈感。

“這篇論文的想法是我在劍橋大學攻讀博士學位的重點，”龐斯告訴TechXplore。“當時，我正在尋找使現有無人駕駛飛行器(UAV或無人機)更具機動性的方法。機動性的提高可能會導致人工智能控制的戰斗無人機的性能更好;或更有效的導彈技術。”

在他們開始研究他們的方法之前，Pons和Cirak仔細研究了使鳥類、蝙蝠和其他飛行生物通過復雜的機翼運動獲得非凡的飛行機動性的生物動力學。他們論文的主要目的是人工復制這些動物的機翼運動，以從根本上增強無人機的機動性。最近的研究還從航空工程領域先前的研究中汲取了靈感，這些研究旨在開發新技術以使無人機更具機動性。

“通過觀察鳥類、蝙蝠和其他飛行生物使用的復雜機翼控制類型，我們可以了解不同類型機翼控制的極端機動效果，”龐斯說。“在機動無人機的獨特計算機模型上模擬這些影響，我們可以完善這種理解，并建立一個關于什么樣的機翼控制會產生什么樣的效果的庫。”

Pons和Cirak選擇了他們希望無人機執行的特定極端飛行機動或超機動。使用他們編譯的庫中的信息，他們可以確定使用無人機成功執行這些超機動所需的機翼控制。

“結果是在仿生無人機中實現不同形式的極端機動的具體策略，”龐斯說。“我們的方法可以使用特殊形式的仿生機翼變形控制，將相對普通的無人機的機動性提高到高性能戰斗機的機動性。更具體地說，我們可以重現超機動性的形式：比如將飛機傾斜到向后的方向(‘眼鏡蛇機動’)，或者讓它完美地降落在垂直的墻上。”

研究人員使用最先進的飛行模擬器評估了實現兩種主要超機動的方法的有效性，稱為Pugachev眼鏡蛇和彈道過渡機動。這些機動以前只在使用高性能和昂貴戰斗機的無人機中復制，但龐斯和奇拉克在一種功能遠沒有那么強大的機翼變形無人機中模擬了它們。

在未來，他們的工作可以為開發能夠進行先進的空對空作戰、在粗糙或不平坦的表面著陸、發射導彈或游蕩彈藥的高度機動無人機鋪平道路。此外，研究人員設計的方法可用于研究不同動物物種的生物飛行動力學。

“在我目前在以色列耶路撒冷希伯來大學的職位上，我正在與RAFAELAdvancedDefenseSystems合作開發仿生無人機，”Pons補充道。“我希望進一步開發這些仿生無人機并評估它們的工業應用。也許有一天你會看到仿生無人機!”