在2013年落幕的第二届“中航工业杯”国际无人飞行器创新大奖赛的赛场上，一款长相些许“怪异”的仿生飞行器，吸引了与会专家和各参赛队伍的注意，这只其貌不扬的“小虫子”，既可以在复杂地面飞速爬行，又能展开柔性翅膀瞬间窜入空中，飞得无影无踪。最终，这架由华体会体育宇航学院同学制作的名为“精灵虫”的可折叠柔性固定翼微型仿生飞行器，被与会专家评委们评选为本次大奖赛的创意新星奖，也是我校连续两届在此大赛中获得殊荣。“精灵虫”仿生飞行器是由宇航学院2010级张超同学及其团队独立设计和制作的。

 

图一（国内、外专家参观“精灵虫”）

 

　　作为一款仿生小型无人飞行器，精灵虫的灵感和技术实现路线充分借鉴了仿生科学。仿生科学是借用生物体优异的结构和功能原理，来研制新的机械结构或者解决机械技术难题的一门新兴科学技术。仿生飞行器大多利用了鸟类、昆虫等生物体的飞行特点，在减小飞行器体积、质量的同时来实现飞行器的举升、悬停、视觉隐蔽等功能。目前仿生飞行器的研究主要集中于与生物的形似性、飞行器的小型化、飞行器的续航能力、飞行器的隐蔽性等，而飞行器的续航能力及隐蔽性与飞行器的生存能力紧密相关，是决定一款飞行器能否被广泛应用的关键因素。

    

图二（“精灵虫”照片）

 

　　为了参加本次大赛，同学们在筹划设计作品之初，主要针对如何减小飞行器携带体积、提高飞行器续航能力作为设计重点，从学校的国防特色出发，设计一款具有较好战场隐蔽性的小型无人飞行器更是同学们的终极追求。因此，“精灵虫”团队为飞行器提出了具有地面爬行蔽障能力，同时还能实现快速二次自主起飞的设计要求。

为了实现这样的设计要求，经过反复研讨，采取仿生科学理念，向大自然中的动物和昆虫精巧的生理结构进行借鉴，最终成为设计者的共识。经过改进，飞行器逐渐拥有了类似昆虫的可折叠柔性固定翼和轮腿式起落架，还配有了火箭助推机构和载荷搭载机构，当飞行器最终成型后，其灵活的避障爬行能力和飞行能力，让同学们一致为它赋予“精灵虫”这样一个具有灵气的名字。

 

图三（轮腿式起落架）

 

　　“精灵虫”仿生飞行器的由三大“法宝”，一个是其独特的轮腿式起落架结构设计，使得飞行器具备了一定的地面越障机动能力，面对一般障碍物，无须飞行，就可以通过“轮腿”快速翻阅或爬行通过，增强了微小型飞行器对地形环境的适应能力。拥有了可快速爬行的轮腿，当飞行器接近目标时，就可以通过地面前进，避免了在空中飞行的易暴露性。而且在爬行中，能随时根据地形，有效的隐蔽自己。

当然，作为一款飞行器，不能总是在地上爬行，而为了实现地面高效爬行能力和隐蔽能力，一双过于“招摇”的大翅膀是不可取的，最终设计团队还是向昆虫“拜师”，“求得”了一双可折叠的柔性翼，这样设计不仅使飞行器便于携带，同时在地面机动时可以减小飞行器的尺寸，便于通过狭窄的空间。

为了增强“精灵虫”更好的升空能力，使其能够在起飞空间不充裕的情况下，也能“一飞冲天”真正成为一只灵活的“小虫子”，同学们还设计了自动竖起的火箭助推机构，从而实现了机身不同的发射角度，在火箭助推下快速起飞，大大增强了飞行器执行复杂任务的能力。
 

 




图四（可折叠柔性固定翼）

 

 

图五（快速二次自主起飞机构）

 

　　一只能爬会飞的虫子，只是一个载体，能在这个平台上搭载应用载荷，才能使“精灵虫”具有实战化的能力，设计者在机身内部设计了包括装载摄像头等有效载荷的空间，可通过模块化组合使其具备不同的功能。这样一来，拥有如此特殊设计的“精灵虫”可用于战场环境侦察、作战效果评估、精确制导武器的引导以及微型飞行器的大规模集群作战等。

 

图六（应用示意图）

 

　　“精灵虫”作为宇航科技创新实践基地的一个大学生科技创新项目，经过长达2年多的设计酝酿，团队成员充分利用创新基地资源，通过与高年级学长探讨和论证，形成了一套设计、试验、改进的研究体系。在此期间“精灵虫”团队不仅使用了3D打印技术来制作机身，还大胆创新的使用了柔性复合材料机翼技术。

从最初仅会爬行的避障小车到后来既能爬行又能飞行的可折叠柔性固定翼微型仿生飞行器，每一步都充满了艰辛，同时也充满了喜悦。在该飞行器改进期间，该项目还参加了众多比赛，并取得了一定成绩，包括第七届首都“挑战杯”二等奖、2012年科研类全国航空航天模型锦标赛创意赛三等奖、2013年科研类全国航空航天模型锦标赛创意赛一等奖、华体会体育第二届飞行器创新大赛一等奖、华体会体育第九届、第十届世纪杯二等奖。

 

 
 

【飞行器（视频）】

 

　　宇航科技创新实践基地的前身是成立于2001年的宇航学院航模队。基地各项活动紧密围绕提高学生综合素质、培养学生科技创新实践能力开展，以“学校指导、学院搭台、教师参与、学生创新”为指导思想，引导科研一线教师积极参与，培养学生科技创新团队，培育和支持学生科技创新作品，激发大学生科技创新和实践探索意识，发扬吃苦耐劳、团结合作精神，使更多的大学生了解科技创新，热爱科技创新，投身科技创新。目前基地拥有创新工作室两间（中关村校区、良乡校区各一间），设备齐全，组织机构健全，每年都能培育出一批优秀的科技创新作品，基地随时欢迎对航空、航天感兴趣的同学加入。