西北工業大學的研究人員開發了RoboFalcon 2.0。該高等教育機構位於中國陝西省西安市。該設備由先進的仿生機器人組成。它可以完全自主起飛。這台機器準確地再現了自然界中鳥類和蝙蝠運動過程中觀察到的飛行模式。該計畫代表了航空航天工程領域的重大進步，重點是將生物學應用於技術。
原型採用了複雜的機械機構。該系統集翅膀的撲動、掃掠和折疊於一體。在空氣中運動過程中，此操作以連續、不間斷的循環進行。這項創新解決了科學家幾十年來面臨的仿生空中機器人技術的歷史性挑戰。以前的模型必然依賴發射台或外部援助。即使在非常低的速度下，新格式也可以實現極其精確的方向控制。
原型機的機械結構和材料
該設備的物理重量約為 800 克。翼展從尖端到尖端達到1.2公尺。中央驅動系統採用單一大容量、快速反應的馬達。此主要部件連接有錐形搖桿傳動機構。該部件直接負責將連續運動傳遞給機器人的翅膀。該結構需要極輕的材料來保持空氣動力學可行性。
該裝置的機翼分為三個不同的結構部分。高機械阻力聚酯膜覆蓋設備的整個支撐表面。合成材料保證了快速和重複的打漿週期中必要的靈活性。內部解耦機制允許彎曲和掃掠獨立且同時變化。此配置產生傾斜的打擊平面。其形狀完美地模仿了緩慢飛行的鳥類。
複製生物飛行的機器的開發需要毫米級的組裝精度。微型機械和電子元件的整合需要進行詳盡的材料疲勞測試。中國工程師團隊從最初的模型改進了設計。第一個版本於 2021 年出現。之前的設備有嚴格的操作限制，只能執行直線巡航飛行。目前工作的重點是有限空間內的機動性和垂直起飛能力。
綜合運動週期的動力學
這種被稱為節拍-掃頻-折疊的運動模式在每個完整的循環中結合了三個基本的機械動作。前腹運動產生大部分升力。動作發生在機翼急劇下降期間。向上運動是在結構部分縮回的情況下進行的，以最大限度地減少風的空氣動力阻力。這些活動和非活動階段之間的精確協調決定了飛行設備的整體能源效率。
正常運轉時機翼後掠角在 5 度到 25 度之間變化。連續調變以系統中央處理器嚴格控制的方式改變俯仰力矩。更大的運動幅度會增強機翼表面所謂的前緣渦流。這種物理現像大大提高了機器人在低速行駛時的舉升性能。慢速飛行固有的不穩定空氣動力學特性需要機械致動器的瞬間響應。
機翼的策略性折疊直接有助於保持飛行週期非活動階段的穩定性。三個動作的流暢整合提供了懸停模式下的高精度操縱。機器人在不失去高度或橫向穩定性的情況下過渡到水平定向飛行。動態模擬模型實施了比例積分微分控制來管理起飛過程。連續的自動調節使設備在風速低於每秒三公尺的情況下保持穩定。
風洞空氣動力測試
研究人員在大型開放式風洞中進行了一系列實際實驗。技術評估使原型機的速度受到控制，速度範圍為每秒 0 到 7 公尺。六分量測力感測器嚴格記錄施加在機器人結構上的所有物理力。測量結果證實，平均升力隨掃描幅度的增加而增加，並有記錄。
機器產生的淨推力在不同的引擎工作頻率下都保持非常穩定。當隧道流在測試期間達到更高的速度時，俯仰力矩變成正值。空氣動力學行為顯示即使在氣流的持續壓力下也能進行足夠的方向控制。最終結果顯示電腦產生的效能圖表的標準差非常低。收集的數據的一致性證實了在嚴格控制的實驗室環境中測量的可重複性。
此工程項目呈現出在實驗室測試中經過驗證的具體操作特性：
- 經過驗證的互聯飛行能力，具有穩定且完全可預測的軌跡。
- 獨立機械調節振幅，精確控制角度
