很早人类就有飞向天空的梦想，人们也一直非常羡慕鸟儿，只需要轻轻拍打几下翅膀就可以在天空中任意翱翔。后来人类的很多飞行技术都是模仿鸟儿进行设计的，但认真思考一下你就会发现，人类设计的飞机都是固定机翼的，为何不设计像鸟儿一样的扑翼式飞机呢？

鸟类是如何飞行的？

鸟儿的飞行主要分成两个部分，扑翼飞行和滑翔飞行。扑翼飞行是鸟类飞行的基本方式，也就是鸟儿扑打翅膀的过程。在翅膀扑打过程中，翅膀会将空气快速往下推，在反作用力的作用下，鸟儿便可以获得向上的升力。特别是在起飞以及飞行中需要获得更大的升力和冲力时。鸟类飞行时靠双翼快速、有力扇击而产生动量。在世界著名期刊《Nature》中，就有科研人员发表了一篇关于蜂鸟飞行过程中的空气动力学研究，描述了蜂鸟飞行过程中周边空气的流动状态。

蜂鸟飞行时周边气流走向

另外鸟类翅膀上的羽毛还有着非常特殊的结构，首先鸟类的羽毛非常的光滑，这在一定程度上减少了飞行过程中的阻力。并且鸟类的骨头和羽毛都是中空结构，大大地减少了翅膀的密度，减轻了自身的重量。

鸟的骨头以及羽毛都是空心结构

下图是鸟类翅膀羽毛的分布，在翅膀向上挥动的时候，鸟类翅膀上的羽毛可以像百叶窗一样打开，使气流穿过翅膀，因此翅膀在往上挥时，产生的阻力很小；当翅膀向下挥动的时候，相当于百叶窗关闭。此时的翅膀就变成了密不透风的墙，向下挥动的时候，空气就会给翅膀很大的向上的力，也就是升力。当升力大过重力的时候鸟就可以起飞离开地面。

不同动物飞行过程中翅膀的运动轨迹

当鸟类扑翼式飞行达到了一定的速度后则会开始滑翔，滑翔过程中，由于鸟类翅膀与水平面之间存在一定的仰角，同时鸟类翅膀的流线结构能够产生康达效应，从而在滑翔的过程中不断保持升力。

鸟儿滑翔过程受力

为什么人类不制造扑翼式飞机？

首先我们想象一下，如果一架重达200吨的飞机向鸟儿一样拍打翅膀将会是什么样子。如果想像不到，可以参考一下下面这张图。没错，很有可能想图中的情景一样，直接散架。

我们要知道，一架普通中型飞机的重量为200吨左右，而单片机翼的长度约为12米，并且飞机的机翼如果摆动起来，这还是一个费力杠杆的结构，只有依靠强大的动力才能够实现扑打，这对材料的结构提出了非常严格的要求。与固定的机翼相比，机翼扑腾过程中会被不断弯折，交错的应变会逐渐破坏材料的结构，如果强度降低，危险性也将大大增加。

对机翼的耐久性测试

所以从技术上来说，重量级的飞行器天生就不适合扑翼式飞行。从理论上来说，扑翼式飞行能够实现更多高难度动作以及更精准的飞行控制，但这依赖着动物身上所拥有的无数个传感器，无论是鸟类还是昆虫，身体任何一个部位的感应到周边环境的变化，都立刻可以对飞行姿势以及飞行力度进行调整，而人类科技远达不到这个水平。

蜂鸟飞行过程中可以直接在空中实现悬停

另外机翼扑打过程中也会带来巨大的振动，如果你所坐的一个飞机在飞行过程中机身不断地上下摆动，相信你肯定也受不了吧。

人类目前所制造的扑翼式飞行器仅限于一些较小的仿生飞行器，这类飞行器在生活中可以作为娱乐玩具，但在军事方面也能够发挥巨大的作用。因为这类仿生飞行器可以做得非常小巧，同时外观以及飞行行为又与昆虫或者鸟类十分像，因此隐蔽性也很强。

仿生飞行器

在2019年《Nature》中就报道过一篇人类制造的最小自主飞行器——总重259毫克（即0.259克），翼展3.5厘米，高6.5厘米，可以在无需外接电源线的情况下持续飞行。这便说明了在控制质量的情况下，扑翼式飞行器则更有优势。

重量为0.259克的扑翼式飞行器

由于扑翼式飞行过程中，复杂的空气动力学使研究变得更加困难，虽然人类目前在扑翼式飞行的技术的研究还不够成熟，但它在一些领域有着无可比拟的优势，有专家就曾表示，如果仿生无人机被投入未来战场配合执行跟踪定位、精准打击等任务，面对它们与一般昆虫的外形和飞行状态几乎一致的特点，当前战场上的通用雷达或其他侦察手段都很难作出准确判断，它在未来军事领域的作用不容小觑。

总结

扑翼式飞行器其实相比于固定式机翼的原理更加复杂，对材料以及技术提出了很高的要求，以目前的研究水平，制造庞大的扑翼式飞机几乎没有可能，但在小型飞行器领域，扑翼式飞行器可以发挥出固定式机翼飞行器更难完成的飞行动作，具有很大的研究价值。