吹起层层沙的扑翼机，能否从科幻走向现实

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在最近大热的电影《沙丘》中，影片制作方借助出色的道具和特效，以扑翼机这种历史悠久的飞行器结构作为现实原型，创造出了极具科幻效果的未来飞行器形象。

大多数影视剧、电子游戏中的原创飞行器，一般都会为了视觉效果、剧情安排等因素，在航空器的结构形式、部件比例、体积尺度等关键环节上出现扭曲失真，无法在现实环境中付诸实用。

电影《沙丘》中的扑翼机

虽然目前来说，现实生活中没有类似《沙丘》中这一体量的扑翼机，但电影的大热再次令人们想起扑翼机这一历史悠久的经典构型。未来，随着航空技术的发展，如《沙丘》中可载人、载荷的扑翼机是否能真正出现并付诸实践呢？

严格来说，扑翼机是基于仿生学的产物——虽然在古代并没有这个概念。从仿生学的角度来说，近代之前的扑翼机设计存在大量致命的问题，这使得它根本无法实用化。

在高速摄影机发明之前，人类并不知道鸟类翅膀如何扑动

早期扑翼机的设计，都是在缺乏有效力学理论分析指导的情况下，试图通过模仿鸟类动作而获得飞行的功能。但实际上人类的动态视觉能力非常有限，凭肉眼根本无法准确地观测和记录鸟类飞行时的翅膀动作。

真正意识到并解决这个问题，是20世纪后，人类发明了摄影技术、尤其是高速摄影（即慢镜头记录）技术之后才实现的。而这一时间节点甚至晚于固定翼技术路线的“飞行者一号”首飞的日期。

直至今日，人类也难以完全复制鸟类的飞行结构和效率

从结构上讲，鸟类翅膀是由多个较大活动幅度关节组成的骨架、多个肌肉群，以及实际上气动外形和力学特性都相当复杂的羽毛所组成的;在飞行过程中，展弦比、后掠角、翼型、有效翼面积……时刻都在大幅度改变。对于飞行器设计来说，这需要非常复杂完善的神经系统功能来进行控制。

即便是在今天，要在载人飞行器上做出这样的设计都相当不现实——仅仅从机翼可变的角度来说，哪怕是最简单的变后掠翼飞机都相当难以维护，而且这还直接导致了其使用率低下、成本奇高。因此，在扑翼结构飞行器的设计上，极大程度的简化结构和控制设计就成为无法避免的问题。而这导致了它在飞行效率上必然远低于鸟类的原本水平。

飞行原理上，扑翼机局限性极大

扑翼机的升空原理，是通过机翼的扑动产生升力，这带来了一些根本性的限制：首先，随着尺寸的增大，其重量增长速率会远远高于飞机或者旋翼类飞行器。因为这一问题，在自然界的鸟类中，即便像信天翁这样体型巨大的鸟类（翼展可达3至4米）体重一般也不超过9公斤。

加拿大C-GPTR保持了目前全球载人扑翼机的极限飞行纪录：在1米高度上平飞10秒，飞行距离330米。但降落时依然遭遇了机翼触地、机头损伤、起落架折断等问题。

加拿大C-GPTR载人扑翼机

但即便如信天翁这样的大型鸟类，其扑翼飞行能力与效率也已经远低于中小型鸟类：其飞行过程更多地依赖于借助海面的上升气流进行滑翔。而人造的扑翼机对于动力的利用效率尚远不及信天翁这样的鸟类，要造出载重能力可完成载人运输任务的型號，目前来看依然是不可能实现的任务。

这些因素的共同作用，使得扑翼机在很长时间里，都只能以橡皮筋或微型电机为动力的航空模型等形式存在，主要用作个人爱好研究或青少年科学教育，难以付诸实用。