又到毕业季，
当大家在埋头做毕业设计的时候，
同济大学有群学生，
却把毕业设计放上了天。
近日，
同济大学航空与力学学院
学生团队研制出了
一架仿生飞鱼无人机，
并成功试飞。
向自然界学习设计
在玄风航空飞行基地的试飞现场，经过紧张的准备与调试，飞机启动，滑跑，加速，最终一跃而起。只见飞机横侧、掉头，表现的十分灵活，最终缓缓落地，安然无损。
“仿生无人机是一种‘师从自然’的飞行器。自然界中的生物经过亿万年的自然选择和进化，拥有了许多优良的特性，例如高效的气动外形、可靠的内部结构、独特的环境感知系统等。”指导老师、同济大学航空航天与力学学院教授沈海军说，这些优良的特性对于人类的科技发展和产品设计有着相当大的参考价值。
自然界中有一大奇观，飞鱼为了躲避天敌，进化出了在水面高速滑翔的能力。
图片来自网络
根据课题组的计算数据显示，飞鱼的气动性能十分优异，其鱼身上表面流速较快，可形成低压区，为飞鱼提供充裕的升力。由于胸鳍和腹鳍之间气流的干涉，使得飞鱼获得了额外的升力。“这为我们揭开了飞鱼可长时间滑翔的秘密。”
仿真结果还表明，飞鱼的失速迎角可高达30度，超出了诸多现代飞机的失速迎角，表现出了极其出色的抗失速能力。最大升阻比可达25，远超出当今的绝大多数飞机，气动效率之高，令现代飞机黯然失色。
本次课题组设计的仿生飞鱼无人机，便是用现代飞机设计制造技术“师从自然”，通过对飞鱼的气动外形和结构进行分析和仿生学设计，获得了具有优异气动外形的无人机。
去海南找飞鱼做研究
为了获得飞鱼的气动外形，课题组特地前往海南，购买了4条鲜活的飞鱼，然后对飞鱼进行测量和三维扫描。经过测量，课题组准确获得了飞鱼的翼展、身长等几何参数。基于扫描的飞鱼原始模型，课题组又对这些特征曲线进行拟合，最终得到了飞鱼各部分的气动外形模型。
为了获得仿生飞鱼飞机的气动性能，课题组又用计算流体力学软件在大型工作站上对飞鱼进行了理论模拟与分析。经过数月的计算和数据整理，师生们最终获得了飞鱼飞机的表面压力、流场、压力场，以及升力、阻力、升阻比和稳定性曲线等一系列气动性能数据。
在制作上，仿生飞鱼飞机结构设计要求飞机的结构和制造工艺，尽可能简单可靠且重量足够轻。
为此，师生们在进行结构设计时，将仿生飞鱼飞机设置为可拆分模块化。飞机的结构由100多个部件组成，每个部件做了减轻孔设计，以控制飞机的总重量。零件组装、胶水固定、铺设蒙板、打磨、贴迷彩蒙皮、加装动力装置与控制系统后……终于，一架仿生飞鱼飞机大功告成了。
完成后的仿生飞鱼飞机翼展1.5米，身长1.8米，后三点起落架布局，安装了双叶高效率螺旋桨，由一枚大功率电机和锂电池提供动力。
“研制仿生飞鱼飞机，并让其飞上蓝天，是一项激动人心的事。这项工作展示了仿生飞行学的神奇魅力，对于人类发展和设计新型飞行器有着相当重要的价值。”师生们表示。
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文字：毛信慧
图片和视频由同济大学提供
编辑：杨晓梅