電影【沙丘】中為什麽使用撲翼飛機而不是固定翼？

只是因為撲翼飛機更原始。

【沙丘】中有一個設定，就是自大的人類創造了擁有高度智慧的AI，並最終被這些人工智慧統治甚至奴役，於是人類發動了名為「巴特勒聖戰」的人機大戰，將人工智慧和一切復雜電腦從人類世界徹底清除了。在巴特勒聖戰後，高智慧、高度依賴電腦的機器被宣布為非法（呃，那個刺殺保羅的蚊形「獵殺鏢」雖然也是人控制的，我就不信用不到電腦？好吧，刺殺本身就是非法的）所以那些靠大量電腦控制的直升機和飛機自然也被取締。

那還得需要飛機呀。怎麽辦？作者法蘭克·赫伯特認為可以復興那些古老的飛機。於是，蜻蜓的擬態的撲翼飛機驚艷登場了（也是我覺得整個片子裏最好看的機器之一）。像豆娘一般收展自如的8根刀片式機翼附在機身兩側，整個飛機看上去仿佛蹲在地上的一只大號金屬蜻蜓，嗡嗡嗡地哼著，等待起飛的指令。

那麽為什麽是撲翼飛機呢？因為在作者看來，撲翼飛機早在十三世紀就進行了設計和測試，遠比飛機和直升機要早，所以更有可能展現他的「非AI高科技」的酷斃未來感，以及令人難忘的異國風情。

此處有吐槽：【沙丘】啊，你是有反重力科技和霍茲曼驅動的啊，那個系著反重力帶的胖子反派（他站起來的時候我還以為是他媽和沙蟲雜交了）不就是靠反重力行動的麽？直接搞到飛機上不行麽？你又不是宮崎駿。

另外，【沙丘】裏的撲翼機的翅膀並不是推進主力，而是另有一套噴射引擎提供推進動力，解決了其低效的問題。其翅騰膀主要用於實作空中懸停和方向的精細控制。它的動力也不是燃油什麽的，而是生物能。每個機翅膀的根部都是一個心形扇貝（HeartScallop） ^[1] ，它靠從大量空氣中過濾微生物維生，以其驚人的肌肉力量而聞名，雙殼能提供持續有周期的收縮-擴張運動。最終被帝國科學家 ^[2] 透過一系列電導線來馴化成撲翼機的動力源。

當飛行員希望使用固定翼飛行（通常由噴射式輔助）時，一條電線將扇貝電暈休眠，當斷開電源時，心形扇貝立即恢復振動。另一條電線連線到它的神經中樞，心形扇貝的振動率會隨著電流強度的增大而增加。除了定期修剪它們以外，心形扇貝很少需要維護。

為什麽我們不繼續研發撲翼飛機？

下面要歪樓開始科普了。

撲翼飛機有其獨特的優勢，相比直升機，它可以更快速有效地靈活改變飛行姿態，機動性更強。同時可以收起翅膀高速俯沖。

那為什麽我們不繼續研發撲翼飛機呢？目前看來，大型撲翼飛機效率更低，承重更少，問題卻更多。

事實上，早期人類剛開始幻想飛機的時候（比如達芬奇），就認為對鳥類和蝙蝠的仿生是正確的方向。但1799年時George Cayley爵士認為，撲翼飛機的困難在於在有限重量的機械產生的推力下，很難實作高效爬升。

後來飛機的發明歷史大家都知道了，撲翼飛機的概念被邊緣化了。

但是，人類的夢想是超越技術限制的。盡管自萊特兄弟以來，人類取得了令人驚嘆的航空航天成就，但非理性的人類就是還想造個機械大鳥。要知道，翅展一米的古蜻蜓是地球上第一批學會飛行的動物，在約3億年前就出現了。這比我們最熟悉的翼龍(最早學會飛行的脊椎動物)還要早700萬年。如果能在高超音速飛行、登月航行之後，成功研發出可駕駛的撲翼飛機，這不僅將創造人類又一項偉大的航空記錄，還能極大的滿足人類的幻想。

下面這個視訊是多倫多大學航空航天研究所的一個團隊在2006年研發的撲翼飛機的原型機 ^[3] 。

這個團隊想實作人類最古老的航空夢想：透過機械拍打機翼，像鳥一樣用翅膀載人飛行。雖然他們實作了人類首次有人駕駛撲翼機的離地維持飛行的紀錄，但可惜受限於材料強度，人類目前還無法生產出安全載人的撲翼飛機。

看完了有點暈。。。。。。。

不過在微型無人機領域，人類已經有突破性的創新，比如下面這個由FESTO研發的仿生蜻蜓 ^[4] ：

它不僅具有良好的機動性以及穩定性，這種四翼結構使它可以像真正的蜻蜓一樣控制每個翼單獨運動，使得其可以向四面八方飛行或原地盤旋，也可以像007的滑翔機一樣飛行。它號稱有「十三個自由度」，除了能控制拍動頻率和單個翅膀的旋轉，還可控制四個翅膀中每一個的振幅。這樣就能透過轉動翅膀改變推力方向，透過控制振幅調節推力的大小。

目前來看，在微型尺度上，撲翼飛機有強大的優勢，所以美國國防高等研究計劃署在1992年就首次提出了微型飛行器MAV(Micro Air Vehicle)的概念，因為普通飛機或直升機在飛行時雜訊大，而微型撲翼機相對可以做得更靜音。但這需要在空氣動力學、動力源、飛控等領域長時間的研發。中國高校也有相關的研究，比如南航的金鷹，還有西工大的信鴿等。

但最關鍵的還是材料問題。我們目前可用的材料仍然達不到大型載人撲翼飛機的要求，這也是多倫多大學那架飛機折戟的原因之一。如果不能承受拍打翅膀所帶來的力量，那一切都是0。碳纖維及其它復合材料雖然也具有很高的比強度 ^[5] ，但在受交變應力下的疲勞壽命還是不高，經過一定的迴圈次數以後，會在應力集中部位萌生裂紋，產生致命危險。如果我們能解決這些問題，載人撲翼飛機將有一個光明的未來。

參考

1. ^https://dune.fandom.com/wiki/Heart_Scallop
2. ^ 易蔔拉欣·佛漢·霍爾茨曼，他曾在7565 BG早期原型機的墜毀中受了重傷
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. ^ 比強度是材料的強度（斷開時單位面積所受的力）除以其表觀密度。又被稱為強度－重量比