电影《沙丘》扑翼飞机为什么比固定翼飞机适合沙漠？ 第1页

只是因为扑翼飞机更原始。

《沙丘》中有一个设定，就是自大的人类创造了拥有高度智慧的AI，并最终被这些人工智能统治甚至奴役，于是人类发动了名为“巴特勒圣战”的人机大战，将人工智能和一切复杂计算机从人类世界彻底清除了。在巴特勒圣战后，高智能、高度依赖计算机的机器被宣布为非法（呃，那个刺杀保罗的蚊形“猎杀镖”虽然也是人控制的，我就不信用不到计算机？好吧，刺杀本身就是非法的）所以那些靠大量电脑控制的直升机和飞机自然也被取缔。

那还得需要飞机呀。怎么办？作者弗兰克·赫伯特认为可以复兴那些古老的飞机。于是，蜻蜓的拟态的扑翼飞机惊艳登场了（也是我觉得整个片子里最好看的机器之一）。像豆娘一般收展自如的8根刀片式机翼附在机身两侧，整个飞机看上去仿佛蹲在地上的一只大号金属蜻蜓，嗡嗡嗡地哼着，等待起飞的指令。

那么为什么是扑翼飞机呢？因为在作者看来，扑翼飞机早在十三世纪就进行了设计和测试，远比飞机和直升机要早，所以更有可能展现他的“非AI高科技”的酷毙未来感，以及令人难忘的异国风情。

此处有吐槽：《沙丘》啊，你是有反重力科技和霍兹曼驱动的啊，那个系着反重力带的胖子反派（他站起来的时候我还以为是他妈和沙虫杂交了）不就是靠反重力行动的么？直接搞到飞机上不行么？你又不是宫崎骏。

另外，《沙丘》里的扑翼机的翅膀并不是推进主力，而是另有一套喷气引擎提供推进动力，解决了其低效的问题。其翅腾膀主要用于实现空中悬停和方向的精细控制。它的动力也不是燃油什么的，而是生物能。每个机翅膀的根部都是一个心形扇贝（HeartScallop）^[1]，它靠从大量空气中过滤微生物维生，以其惊人的肌肉力量而闻名，双壳能提供持续有周期的收缩-扩张运动。最终被帝国科学家^[2]通过一系列电导线来驯化成扑翼机的动力源。

当飞行员希望使用固定翼飞行（通常由喷气式辅助）时，一条电线将扇贝电晕休眠，当断开电源时，心形扇贝立即恢复振动。另一条电线连接到它的神经中枢，心形扇贝的振动率会随着电流强度的增大而增加。除了定期修剪它们以外，心形扇贝很少需要维护。

为什么我们不继续研发扑翼飞机？

下面要歪楼开始科普了。

扑翼飞机有其独特的优势，相比直升机，它可以更快速有效地灵活改变飞行姿态，机动性更强。同时可以收起翅膀高速俯冲。

那为什么我们不继续研发扑翼飞机呢？目前看来，大型扑翼飞机效率更低，承重更少，问题却更多。

事实上，早期人类刚开始幻想飞机的时候（比如达芬奇），就认为对鸟类和蝙蝠的仿生是正确的方向。但1799年时George Cayley爵士认为，扑翼飞机的困难在于在有限重量的机械产生的推力下，很难实现高效爬升。

后来飞机的发明历史大家都知道了，扑翼飞机的概念被边缘化了。

但是，人类的梦想是超越技术限制的。尽管自莱特兄弟以来，人类取得了令人惊叹的航空航天成就，但非理性的人类就是还想造个机械大鸟。要知道，翅展一米的古蜻蜓是地球上第一批学会飞行的动物，在约3亿年前就出现了。这比我们最熟悉的翼龙(最早学会飞行的脊椎动物)还要早700万年。如果能在高超音速飞行、登月航行之后，成功研发出可驾驶的扑翼飞机，这不仅将创造人类又一项伟大的航空记录，还能极大的满足人类的幻想。

下面这个视频是多伦多大学航空航天研究所的一个团队在2006年研发的扑翼飞机的原型机^[3]。

这个团队想实现人类最古老的航空梦想：通过机械拍打机翼，像鸟一样用翅膀载人飞行。虽然他们实现了人类首次有人驾驶扑翼机的离地维持飞行的纪录，但可惜受限于材料强度，人类目前还无法生产出安全载人的扑翼飞机。

看完了有点晕。。。。。。。

不过在微型无人机领域，人类已经有突破性的创新，比如下面这个由FESTO研发的仿生蜻蜓^[4]：

它不仅具有良好的机动性以及稳定性，这种四翼结构使它可以像真正的蜻蜓一样控制每个翼单独运动，使得其可以向四面八方飞行或原地盘旋，也可以像007的滑翔机一样飞行。它号称有“十三个自由度”，除了能控制拍动频率和单个翅膀的旋转，还可控制四个翅膀中每一个的振幅。这样就能通过转动翅膀改变推力方向，通过控制振幅调节推力的大小。

目前来看，在微型尺度上，扑翼飞机有强大的优势，所以美国国防高级研究计划局在1992年就首次提出了微型飞行器MAV(Micro Air Vehicle)的概念，因为普通飞机或直升机在飞行时噪声大，而微型扑翼机相对可以做得更静音。但这需要在空气动力学、动力源、飞控等领域长时间的研发。中国高校也有相关的研究，比如南航的金鹰，还有西工大的信鸽等。

但最关键的还是材料问题。我们目前可用的材料仍然达不到大型载人扑翼飞机的要求，这也是多伦多大学那架飞机折戟的原因之一。如果不能承受拍打翅膀所带来的力量，那一切都是0。碳纤维及其它复合材料虽然也具有很高的比强度^[5]，但在受交变应力下的疲劳寿命还是不高，经过一定的循环次数以后，会在应力集中部位萌生裂纹，产生致命危险。如果我们能解决这些问题，载人扑翼飞机将有一个光明的未来。

参考

1. ^ https://dune.fandom.com/wiki/Heart_Scallop
2. ^ 易卜拉欣·沃恩·霍尔茨曼，他曾在7565 BG早期原型机的坠毁中受了重伤
3. ^ http://www.ornithopter.net/index_e.html
4. ^ https://www.festo.com.cn/cn/zh/e/about-festo/research-and-development/bionic-learning-network/highlights-from-2013-to-2014/bionicopter-id_33493/
5. ^ 比强度是材料的强度（断开时单位面积所受的力）除以其表观密度。又被称为强度－重量比