吹起層層沙的撲翼機，能否從科幻走向現實

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在最近大熱的電影《沙丘》中，影片制作方借助出色的道具和特效，以撲翼機這種歷史悠久的飛行器結構作為現實原型，創造出了極具科幻效果的未來飛行器形象。

大多數影視劇、電子游戲中的原創飛行器，一般都會為了視覺效果、劇情安排等因素，在航空器的結構形式、部件比例、體積尺度等關鍵環節上出現扭曲失真，無法在現實環境中付諸實用。

電影《沙丘》中的撲翼機

雖然目前來說，現實生活中沒有類似《沙丘》中這一體量的撲翼機，但電影的大熱再次令人們想起撲翼機這一歷史悠久的經典構型。未來，隨著航空技術的發展，如《沙丘》中可載人、載荷的撲翼機是否能真正出現并付諸實踐呢？

嚴格來說，撲翼機是基于仿生學的產物——雖然在古代并沒有這個概念。從仿生學的角度來說，近代之前的撲翼機設計存在大量致命的問題，這使得它根本無法實用化。

在高速攝影機發明之前，人類并不知道鳥類翅膀如何撲動

早期撲翼機的設計，都是在缺乏有效力學理論分析指導的情況下，試圖通過模仿鳥類動作而獲得飛行的功能。但實際上人類的動態視覺能力非常有限，憑肉眼根本無法準確地觀測和記錄鳥類飛行時的翅膀動作。

真正意識到并解決這個問題，是20世紀后，人類發明了攝影技術、尤其是高速攝影（即慢鏡頭記錄）技術之后才實現的。而這一時間節點甚至晚于固定翼技術路線的“飛行者一號”首飛的日期。

直至今日，人類也難以完全復制鳥類的飛行結構和效率

從結構上講，鳥類翅膀是由多個較大活動幅度關節組成的骨架、多個肌肉群，以及實際上氣動外形和力學特性都相當復雜的羽毛所組成的;在飛行過程中，展弦比、后掠角、翼型、有效翼面積……時刻都在大幅度改變。對于飛行器設計來說，這需要非常復雜完善的神經系統功能來進行控制。

即便是在今天，要在載人飛行器上做出這樣的設計都相當不現實——僅僅從機翼可變的角度來說，哪怕是最簡單的變后掠翼飛機都相當難以維護，而且這還直接導致了其使用率低下、成本奇高。因此，在撲翼結構飛行器的設計上，極大程度的簡化結構和控制設計就成為無法避免的問題。而這導致了它在飛行效率上必然遠低于鳥類的原本水平。

飛行原理上，撲翼機局限性極大

撲翼機的升空原理，是通過機翼的撲動產生升力，這帶來了一些根本性的限制：首先，隨著尺寸的增大，其重量增長速率會遠遠高于飛機或者旋翼類飛行器。因為這一問題，在自然界的鳥類中，即便像信天翁這樣體型巨大的鳥類（翼展可達3至4米）體重一般也不超過9公斤。

加拿大C-GPTR保持了目前全球載人撲翼機的極限飛行紀錄：在1米高度上平飛10秒，飛行距離330米。但降落時依然遭遇了機翼觸地、機頭損傷、起落架折斷等問題。

加拿大C-GPTR載人撲翼機

但即便如信天翁這樣的大型鳥類，其撲翼飛行能力與效率也已經遠低于中小型鳥類：其飛行過程更多地依賴于借助海面的上升氣流進行滑翔。而人造的撲翼機對于動力的利用效率尚遠不及信天翁這樣的鳥類，要造出載重能力可完成載人運輸任務的型號，目前來看依然是不可能實現的任務。

這些因素的共同作用，使得撲翼機在很長時間里，都只能以橡皮筋或微型電機為動力的航空模型等形式存在，主要用作個人愛好研究或青少年科學教育，難以付諸實用。