微型飞行器的仿生流体力学——昆虫前飞时的气动力和能耗

作     者：孙茂 吴江浩 

作者机构：北京航空航天大学流体力学研究所北京100083 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2002年第23卷第5期

页      面：385-393页

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主　　题：飞行器 仿生流体力学 气动力 能耗 昆虫飞行 

摘      要：用数值模拟方法研究了昆虫前飞时的气动力和需用功率。由N S方程的数值解提供速度场和压力场 ,从而得到涡量、气动力和力矩 (惯性力矩用解析方法计算 )。基于流场结构 ,解释了非定常气动力产生的原因 ;基于气动力和力矩 ,得到需用功率。悬停飞行中揭示出的 3个非定常高升力机制 (不失速机制 ,拍动初期的快速加速运动 ,拍动后期的快速上仰运动 )在前飞时仍然适用 (即使在快速前飞时 ,V∞ =2～ 2 5m/s,失速涡也不脱落 )。在低速飞行时 (V∞ ≈ 0 5m/s)平衡重量的升力既来自于翅膀的下拍运动也来自于上挥运动 ,并主要由翅膀的升力贡献 ;克服身体阻力的推力主要来自于翅膀的上挥运动 ,由翅膀的阻力贡献。在中等速度下 (V∞ ≈ 1 0m/s) ,升力主要来自于下拍运动 ,其中一半由翅膀升力贡献 ,一半由翅膀阻力贡献 ;推力主要来自上挥运动 ,也是一半由翅膀升力贡献 ,一半由翅膀阻力贡献。在快速飞行时 (V∞ ≈ 2 0m/s) ,升力主要来自于下拍运动 ,主要由翅膀阻力贡献 ;推力来自上挥运动 ,主要由翅膀升力贡献。悬停时 ,下拍和上挥做功同样大 ;前飞时 ,下拍做功较上挥大得多 :V∞ =0 5 ,1 0和 2 0m/s时 ,下拍做的功分别是上挥的 1 6,2 6和 3 5倍。果蝇在悬停飞行时 ,比功率 (单位身体质量的需用功率 )约为