■ 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。在中西方神话及科幻小说里，类似昆虫飞机的武器早已大行其道，比如，《西游记》中悟空摇身一变的苍蝇；美国大片《变形金刚》、《金刚狼》中，也有类似的微小飞行器。当前，美国等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。
本报讯(记者 张炯强)插着微电极的天牛、精巧的苍蝇笼、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，已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需克服。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。
另据同济大学理工部网站报道《同济师生成功放飞苍蝇动力飞机》
伸平手掌，一枚硬币大小的苍蝇动力微型飞机即刻从指尖起飞，并徐徐飞向远方……8月2日上午，同济大学航空航天与力学学院(简称“航力学院”)举办了2013年同济大学微型飞机大赛暨《微型飞机设计、制作》课程作品展。40多名大二学生提交的微型飞机包括十架微型飞机和三十余枚微型苍蝇动力飞机。其中，苍蝇飞机等多架飞机都已经成功完成了试飞。
巴掌上的飞机
本次参展的十架微型飞机均为固定翼飞机，红外遥控，遥控范围20米左右，适于室内飞行，可平放于掌心。十架飞机的总体布局各不相同，有单翼机三架、双翼机两架、联接翼飞机一架、三翼飞机一架，椭圆形机翼飞机一架、碳杆薄膜蝴蝶飞机一架，还有一架3D蝴蝶飞机和一架零式迷你机。为了减轻重量，所有飞机的骨架、蒙皮等结构均采用直径0.5~1毫米的碳纤杆、2毫米厚的epp泡沫板/轻木薄板或0.01毫米厚的塑料薄膜等轻质材料。动力为重量3克或7克的3.7伏可充电的小锂电池；发动机使用6毫米直径的有刷小电机，通过减速齿轮减速后可为飞机提供约20克的拉力。
十架飞机的共同特点可概括为两个字，“小”和“轻”。尺寸最大的飞机翼展仅为25厘米，机身长度21厘米，起飞重量约20克，使用螺旋桨的直径为11厘米；最小飞机的翼展不超过7厘米，机身长不超过5厘米，飞机总重约10克，螺旋桨直径仅为4.5厘米。飞机的升降舵和方向舵等舵面驱动均采用自行研制的微型小电磁舵机；舵机的磁芯为圆柱形的钕铁硼强力小磁铁，柱状磁铁的直径仅为3毫米，舵机线圈内径为5毫米；单个舵机总量1克不到。
十架飞机中包含有一架薄膜蝴蝶飞机和一架3D蝴蝶飞机。这两架飞机设计时参考了大型野外凤蝶的外形特点，巧妙地吸收了蝴蝶滑翔降落的仿生学原理。
体验飞机设计、研制、试飞全过程
现代飞机设计与制造是一个系统工程，几乎涉及机械、电子、化工、材料等学科。作为航空相关某个特定专业的学生，整个大学学习过程中接触的专业知识其实都很窄；“只见树木，不见森林”，很难有机会站在一定高度上把握飞机设计、制造、试飞的全过程。
本次同济大学暑期《微型飞机设计、制作》实践课的目的恰恰就是要让航空专业的学生亲身经历一轮微缩简化版的飞机设计、研制、试飞全过程。该课程貌似组织学生分组制作会飞的遥控玩具，但这种“玩具”的设计、制作过程是完全区别于普通模型爱好者的；它除了要求学生们制作、试飞成功微小遥控飞机之外，更强调气动分析、推力测试、CAD建模、电磁舵机设计等飞机的设计环节。正所谓“麻雀虽小，五脏俱全”。
在飞机初步设计阶段，每个小组的4位同学先要给出待设计飞机的航时、起飞重量、翼展、机身长度、高度、发动机、电磁舵机驱动力矩等设计目标和参数，进而确定出飞机的总体布局和构型方案。
进入详细设计阶段后，一名负责CAD建模的同学开始利用AutoCAD软件在电脑上进行的全机制图；一名负责电磁舵机与系统控制的同学开始绕线圈，设计、制作适合自己飞机舵面连接形式的电磁舵；而另两名同学则分头拿着电机在自制的发动机推力测试系统上测量发动机的推力，以及利用美国NASA(美国航空航天局)网站上的气动软件Tunnel分析飞机的升力和阻力等气动性能数据。上述工作完成后，综合测得的发动机推力、计算的飞机的升力和阻力、电磁舵机扭矩以及早先飞机预设的目标参数，对先前的飞机方案进行修定。
最后，各小组进入飞机制作阶段；经过共同努力，成员们完成一架微型飞机，并进行试飞。
课堂上放飞苍蝇飞机
7月26日，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(发动机推力与飞机重量之比)惊人地高，约为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毫粗的超细碳纤杆胶结，一架合格的苍蝇飞机就算完成。
面对大自然残酷的生存法则，苍蝇练就了高超的飞行技能。苍蝇可以野外采集，也适于人工培育，是微型飞机性价比极高的引擎。此外，同济大学的师生们还对蝉动力飞机以及黄蜂动力飞机进行了尝试。
来源：航空航天力学院 新闻中心 发表时间：08/05/2013
(原标题：“苍蝇飞机”成功放飞“蝉飞行器”最新研制)
