昆虫翅膀柔性变形对飞行影响的初探

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微型扑翼飞行器轻便灵活,可有效用于搜救、监控、情报收集和战场通讯,各国在该领域的研究异常活跃,竞争激烈。目前研究成果绝大多数研究假设昆虫翅膀是没有变形的,对昆虫翅膀柔性变形作用研究不足。 本文借助仿生学手段,利用计算流体力学方法,求解Navier-Stokes方程,对昆虫翅膀柔性变形对飞行的影响进行研究。 本文主要研究内容如下: 1、根据实测的资料,建立蜻蜒模型,并设定运动方式,计算扑翼气动力,研究蜻蜓单侧翼之间的相互干扰;通过改变前翼的变形幅度к<,F>和后翼的变形幅度к<,H>,研究了翅膀变形对飞行的影响。 2、大黄蜂扑翼运动的一些运动参数是难于确定的,且对扑翼气动力影响较大。为了深入研究大黄蜂扑翼气动机理、抗干扰飞行机理和控制机理,就必须确定其扑翼运动参数。改变大黄蜂的扑翼运动参数,通过计算流体力学的方法计算不同扑翼运动参数下的扑翼气动力,根据大黄蜂悬停飞行的平衡条件,选取所需的扑翼气动力,对应的运动方式可认为真实的扑翼运动方式。 3、计算发现一定柔性下的昆虫翅膀扑动得到了较大的升阻比。昆虫能够在天空中自由自在的飞行,而其无时无刻不受到来自外界的干扰,有时候干扰还很强烈。昆虫能够在强干扰下稳定飞行,一定有其抗干扰的机制。通过比较柔性翼和刚性翼对稳定性的影响发现,柔性翼对速度的静稳定性更好;刚性翼含有振幅随时间成指数形式增加的不稳定震荡模态,是动不稳定的因素,而柔性翼所有的模态都是随时间成衰减趋势的,因此是动稳定的。
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