扑翼式无人机(模仿鸟类或昆虫飞行的无人机)

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扑翼式无人机（Flapping-wing Unmanned Aerial Vehicle）又称扑翼机、振翼机，是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空器。其通过模仿鸟类或昆虫的翅膀扑动动作来产生升力和推进力，从而实现飞行。扑翼式无人机主要包括仿昆虫设计和仿鸟类设计两种。相对于传统固定翼类与旋翼类，仿生扑翼飞行器具有机动性强、质量轻便、伪装性好、噪音较低和能耗较少等优点。

扑翼式无人机的历史可追溯至13世纪的欧洲，英国哲学家罗杰·培根首次系统描述了扑翼式无人机的设想；而15世纪列奥纳多·达·芬奇则绘制了详细的扑翼式无人机设计草图，被视为现代工程学意义上的扑翼式无人机概念起源。1930年，意大利扑翼式无人机模型完成了试飞，证明了动力扑翼飞行的可行性。1986年，美国人波拉・麦克里迪在动力扑翼式无人机上取得进展。1998年，加州理工学院与AeroVironment公司联合研制的“微型蝙蝠”（MicroBat）扑翼飞行器首飞成功。2006年7月8日，加拿大研制的载人扑翼式无人机完成了历史性的14秒离地飞行。北京航空航天大学团队于2025年公布了中国首个具备自主悬停能力的仿蜂鸟科微型飞行器-“机械蜂鸟”。此外，西北工业大学研究团队开发了全仿生鸟形扑翼飞行器“信鸽”和ASN‑211扑翼式无人机。南京航空航天大学研制的“翔鹰”多段弯扭柔性变体扑翼飞行器是中国扑翼无人机领域的代表性成果。2022年10月，北京航空航天大学双关节大鸟型扑翼飞行器以1小时31分04秒98首破续航纪录。2022年12月，西北工业大学“云鸮”以2小时34分38秒62（154分钟）刷新世界纪录，获吉尼斯认证。2024年，中国海军在公开比赛中使用扑翼无人机执行隐蔽侦察任务。

民用领域扑翼无人机的应用已趋于成熟。在农业与生态保护领域，2019年中国汉王科技的 “出头鸟” 仿生扑翼无人机被用于果园驱鸟；在巡检与安防领域，2025 年南京航空航天大学研制的微小型扑翼无人机可搭载红外热成像仪，已应用于高压电缆巡检；在教育娱乐领域，相关机构研制出低成本扑翼式无人机，用于助力青少年学习竞赛与工程实践，培养其动手能力和飞行操控能力。军用领域，扑翼式无人机凭借出色的隐蔽性和机动性，成为智能化战争中的重要装备。扑翼式无人机在战场和灾难救援等领域具有潜在的应用价值。扑翼式无人机的研发主要难点在振动控制、姿态稳定、微型化动力系统效率等技术上。

发展历程

国际发展

扑翼式无人机的历史可追溯至人类最早的飞行梦想。在欧洲，13世纪英国哲学家罗杰·培根首次系统描述了扑翼式无人机的设想；而15世纪意大利天才列奥纳多·达·芬奇则绘制了详细的扑翼式无人机设计草图，被视为现代工程学意义上的扑翼式无人机概念起源。19世纪后期，随着空气动力学研究的发展，扑翼式无人机发展进入新阶段。1874年，法国科学家马雷首次用连续摄影技术记录了鸟类扑翼的复杂动作，为仿生研究提供了科学依据。1878年伦敦博览会上，考夫曼设计的蒸汽动力扑翼式无人机模型和德国奥托·李林塔尔的人力辅助扑翼式无人机成为当时的技术亮点。这些尝试奠定了扑翼式无人机发展史上的重要里程碑。

进入20世纪，1930年，一架重约22.7kg、配备0.37kW发动机的意大利扑翼式无人机模型完成了试飞，虽然性能有限，但证明了动力扑翼飞行的可行性。1986年，美国人波拉・麦克里迪在动力扑翼式无人机上取得进展，通过大减速比传动系统实现了较为稳定的扑翼飞行。这一阶段的研究表明，单纯依靠人力驱动的扑翼式无人机难以实现持续飞行，必须依靠机械动力辅助或完全替代人力。

21世纪初期，随着微机电系统（MEMS）和新材料技术的发展，扑翼式无人机研究迎来革命性突破。1998年，加州理工学院与AeroVironment公司联合研制的“微型蝙蝠”（MicroBat）扑翼飞行器首飞成功，翼展仅23cm，重14g，采用MEMS技术加工的仿昆虫翼面，开创了电动微型扑翼式无人机的先河。2001年，多伦多大学与斯坦福研究中心（SRI）合作开发的Mentor扑翼式无人机采用电致伸缩聚合物人造肌肉驱动，代表了新型驱动技术的突破。美国佐治亚理工学院研制的仿昆虫微型扑翼飞行器“Entomopter”，其机翼与凤蝶总科翅膀类似，依靠“往复式化学肌肉”驱动。它可以直接将化学能转变为机械运动，且能量转换效率较高。2006年7月8日，加拿大研制的载人扑翼式无人机完成了历史性的14秒离地飞行，飞行距离达330m，虽然最终因控制问题坠地，但标志着载人扑翼技术的重大进步。德国自动化巨头费斯通曾发布一款震撼业界的产品——蜜蜂无人机。这个“小家伙”体长仅220毫米，翼展240毫米，重量更是轻至34克。它虽然“娇小”，却集成了无数尖端技术，机身采用选择性激光烧结3D打印工艺制造，材料轻盈，结构复杂程度前所未有；运动系统包含无刷电机、伺服舵机等精密部件，动力强劲，控制精准；分布式集群算法赋予其蜂群般的自组织能力，可实现零碰撞编队飞行；深度学习算法让其具备类似昆虫的感知决策能力，可自主规避障碍。这只“蜜蜂属”不仅能灵活自如地飞行，更具备集群互动的能力，标志着仿生微型飞行器达到一个新的里程碑。

中国发展

中国西汉就有人用鸟羽制作大型翅膀尝试飞行，这可能是历史上最早的扑翼飞行实验。

北京航空航天大学团队于2025年公布了中国首个具备自主悬停能力的仿蜂鸟微型飞行器——“机械蜂鸟”，翅膀拍动频率高达每秒80次，能实现直升机般的精准悬停，飞行效率远超现代无人机。该扑翼式无人机重量不足50g，翼展不足20cm，具有强隐蔽、强抗扰和强机动特性。研发团队采用碳纤维作为翅膀主要骨架结构，聚酰亚胺材料作为翅膀薄膜结构，使翅膀重量仅占机身的1%，却能产生1.5倍体重的升力。“机械蜂鸟科”目前已应用于应急、消防、交通等10余家单位，完成了火灾救援、隧道巡检、交通监测等实际任务。

西北工业大学研究团队开发的全仿生鸟形扑翼飞行器“信鸽”和ASN‑211扑翼式无人机，外观与真鸟几乎无异，实现了高度仿生，隐蔽性强，可自主起降和巡航，特别适合军事侦察和环境监测任务，已成功应用于城市交通管理、机场驱鸟和山地搜救等实际任务。

南京航空航天大学研制的“翔鹰”多段弯扭柔性变体扑翼飞行器是中国扑翼无人机领域的代表性成果，其外形高度仿生雄鹰，完全依靠翅膀运动提供升力和推力，无传统螺旋桨或喷气推进系统。高度仿生外形使其难以被雷达或肉眼识别，隐蔽性极强。机身使用碳纤维骨架+柔性薄膜材料，并采用三连杆驱动机构，提高对称性和升力效率。

大连东软信息学院“昆羽科技”仿昆扑翼飞行器，重量做到了0.1g，采用了仿蜜蜂属纳米发电技术、蜂群算法和仿生胸腔机构优化等技术，将能源效率提升了66%；支持37架飞行器集群控制，实现协同避障与任务分配，在地形勘探、物流分拣、环境监测等民用领域及隐蔽侦察、电子干扰、目标定位等军事领域均有显著应用成效。2024年，中国海军在公开比赛中使用扑翼无人机执行隐蔽侦察任务。2026年，北京科技大学的智能仿生无人系统团队集中研发了仿鹰、仿鸽、仿凤蝶总科、仿甲虫4款扑翼无人机。

工作原理

扑翼式无人机是一种仿生飞行器，通过模仿鸟类或昆虫的翅膀扑动动作来产生升力和推进力，从而实现飞行。

扑翼飞行涉及极其复杂的非定常空气动力学。机翼在扑动过程中，其形状、攻角、运动轨迹不断变化，导致周围气流状态高度动态且非线性。对于微型扑翼式无人机，空气黏性影响显著，传统气动构型效率面临挑战；同时，机体易受气流扰动，对传感器和飞控系统的稳定性和微型化提出了极高要求。

北京航空航天大学团队首创的“扑翼推进波”理论，为扑翼的正向优化设计提供了关键理论工具。西北工业大学则通过高升力大推力柔性扑动翼设计、高效仿生驱动系统等关键技术，显著提升了扑翼式无人机的续航与性能。

分类

扑翼式无人机主要包括仿昆虫设计和仿鸟类设计两种。昆虫体型小、噪声低，飞行轨迹复杂多变，能够快速转弯、悬停飞行。仿昆虫设计的扑翼式无人机通常采用碳纤维、LCP、定向聚丙烯等轻型材料来打造机翼，以达到轻巧灵活的目的。法国工程师设计的仿蝴蝶无人机“MetaFly”，重量不到10克，既能在户外飞行，也能在室内上下翻飞。英国一家公司从差翅亚目身上获得灵感，研制出一款能够在高阵风战斗机条件下飞行的扑翼式无人机“Skeeter”。“Skeeter”不仅能够民用，还获得英国国防部的拨款，正加快其军事化进程。

仿鸟类设计的扑翼式无人机则考虑到了飞行器的续航力。同样采用轻量化材料，使无人机的翅膀“轻如鸿毛、薄如蝉翼”。体型略大的仿鸟类扑翼式无人机可容纳更大容量的电池，拥有更长续航时间。2005年，美国国防部高级研究计划署启动了一个与“蜂鸟科”类似的超微型军用扑翼式无人机研制项目，旨在对洞穴或地道等狭小地区的情况进行侦察或监视。“蜂鸟”超微型无人机能以每秒数米的速度向前飞行，可抵抗2.5米/秒的微风。斯坦福大学以鸽子为原型，制造出一款双翼由鸽子羽毛组成的无人机。该款无人机能够在空中滑翔，并通过收缩、伸展翅膀完成转弯、爬升等动作。

技术特点

扑翼式无人机是一种仿生无人机，通过模仿鸟类或昆虫的飞行方式实现高效推进、灵活机动和隐蔽飞行。与相同体积和重量的传统飞行器相比，扑翼式无人机的机翼产生推力的效率更高，可用很少的能量进行长距离飞行，同时灵活性和敏捷性高，能够快速转弯、悬停和倒退。但扑翼飞行机理复杂，控制困难，对机械系统要求极高。

西北工业大学“云鸮”无人机采用三项关键技术：高升力大推力柔性扑动翼设计，提升飞行效率；高效仿生驱动系统设计，降低能耗；微型飞控导航一体化集成，实现自主航线飞行。

相对于传统固定翼类与旋翼类，仿生扑翼飞行器具有机动性强、质量轻便、伪装性好、噪音较低和能耗较少等优点，运动方式与鸟类和昆虫非常类似，单凭肉眼几乎无法分辨。机动性高可实现悬停、快速转弯、倒退甚至在复杂管道内飞行。能效高指在相同体积和重量下，机翼产生推力的效率更高，可用较少能量进行长距离飞行。起降灵活通常可手抛起飞、滑翔降落，对场地要求低。

技术难点

扑翼式无人机的技术发展仍面临诸多难点：空气动力学原理复杂，扑翼飞行时气流变化极其复杂，缺乏完善的理论模型和风洞试验方法；控制算法与机械系统要求高，扑翼运动机理复杂，对控制算法和机械系统的可靠性、精度要求极高。受限于能源与材料技术，微型扑翼式无人机受当前电池技术限制，续航和载重能力有限，同时轻质高强材料的应用是关键。环境适应性挑战，微型扑翼式无人机极易受气流干扰，飞行姿态控制困难。有效载荷微型化，现有微型视频设备等载荷在清晰度和焦距上仍受限。

北京航空航天大学团队在扑翼飞行器研究领域取得重要突破，首创 “扑翼推进波” 理论，搭建起由扑翼复杂参数快速评估气动性能的理论体系，成功攻克扑翼正向优化设计的技术难题。

技术参数

西北工业大学“云鸮”扑翼无人机翼展1.82米，空载起飞重量1千克，续航时间154分钟（2小时34分38秒）。西北工业大学“信鸽”扑翼无人机翼展70厘米，起飞重量260克，续航时间3小时5分30秒。北京航空航天大学双关节大鸟型扑翼飞行器续航时间为1小时31分04秒98。

世界纪录

2022年10月，北京航空航天大学双关节大鸟型扑翼飞行器以1小时31分04秒98首破续航纪录。2022年12月，西北工业大学“云鸮”以2小时34分38秒62（154分钟）刷新世界纪录，获吉尼斯认证。

应用

民用领域，扑翼无人机的应用已逐渐趋于成熟。在农业与生态保护领域，2019 年国内汉王科技的 “出头鸟” 仿生扑翼无人机被用于果园驱鸟，通过模仿猛禽飞行姿态对鸟类形成震慑，有效减少了果实损失，年销量高达 70 万只以上；在巡检与安防领域，2025 年南京航空航天大学研制的微小型扑翼无人机可搭载红外热成像仪，已应用于高压电缆巡检，四川九洲集团的 “AI 侦测鸟” 扑翼式无人机具备优异的隐蔽性，被用于追踪逃犯、侦察犯罪窝点；在教育娱乐领域，不少相关机构研制出低成本扑翼式无人机，用于助力青少年学习竞赛与工程实践，培养其动手能力和飞行操控能力。

军用领域，扑翼式无人机凭借出色的隐蔽性和机动性，成为未来智能化战争中的重要装备，具备广阔的应用前景，也受到各国军方的高度关注。中国海军陆战队 “蛟龙” 突击队列装的 “鸟形无人机”，可在敌占区执行隐蔽侦察任务，实时回传高清影像；西北工业大学研制的仿生扑翼无人机可搭载小型爆炸物，伪装成鸟类接近目标后实施集群攻击，隐蔽性远超传统自杀式无人机；乌克兰在 “蛛网行动” 中，通过低成本小型无人机成功摧毁俄罗斯联邦武装力量战略机场的多架轰炸机，充分展现了小型无人机的战术价值；中国 “飞鸟” 扑翼无人机外形小巧逼真，可协助特战队员开展敌情侦察、情报收集等工作，让敌方信息在无形之中泄露。

灾难救援：扑翼式无人机在未来战场和灾难救援等领域具有潜在的应用价值。