微型飞行器的仿生流体力学——昆虫前飞时的气动力和能耗

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

昆虫飞行高升力机理的研究

随着仿生扑翼飞行机器人的微型化,当扑翼飞行机器人达到昆虫量级的时候,任何复杂的运动系统都将面临难以实现的问题。本文从研究现有比较成熟的昆虫飞行高升力机制出发,指出了现有"昆虫飞行高升力机理"研究成果中存在的一些问题,用"柔性楔形效应"对昆虫飞行高升力机理进行了合理解释,提出"柔性楔形效应"是昆虫前飞过程中获得很大升力的主要原因。用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力机理,翅翼运动的模拟方式有可能只需在自适应变形状态下施以简单的节律运动。该结论将对仿生扑翼飞行机器人的研究产生重要影响。

昆虫飞行高升力的一种新解释——柔性楔形效应

以探索仿生扑翼飞行机器人研制为目的,在研究"柔性楔形效应"的基础上,将昆翅视为柔性翅,提出用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的观点.指出了用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的仿生学意义.根据该观点,翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是未来仿生扑翼飞行机器人翅翼驱动方式的发展趋势.仿生运动的模拟越简单越容易稳定地实现,实验小组已设计制作了仿生扑翼飞行机器人样机,并成功进行了多次室外放飞.

昆虫振翅飞行的数值模拟

在非惯性参考系下对昆虫振翅扰动的二维非定常流场进行了数值模拟,避免了计算中的移动边界困难,从而缩短了计算时间,模型具有3个自由度,可以模拟任意已知的翅的平面运动.通过模拟相对复杂的自然界昆虫的振翅运动,研究昆虫是如何控制飞行.计算结果表明,有2个参数可能被昆虫用来控制飞行:翅平动和转动间的相位差以及垂直于平均振翅平面方向的横向振幅.

昆虫飞行模拟监控系统设计

本文根据昆虫飞行的特点，模拟昆虫飞行的实验装置，由飞行磨、单片机及微型计算机组成，编辑设计飞行监控软件，该程序分为三个模块：系统监控程序模块；时钟程序模块和信号处理程序模块。利用微机适时采集飞行数据，记录和分析监测结果，模拟昆虫的飞行速度和持续时间。

小型鸟类及昆虫飞行气动特性测试风洞设计及流场校测

介绍了浙江大学新建的一座用于小型鸟类及昆虫飞行及气动特性研究的风洞。该风洞采用了回流式布局、10层阻尼网及收缩比为14.8的设计方式,实验段风速可从0~20 m/s连续调节。整个风洞系统可以实现倾斜,气流倾斜角由下冲角8°至爬升角8°,角度调整间隔0.1°,实现飞行生物相对静止飞行(体轴系不变)的同时改变飞行迎角姿态(风轴系改变),开展飞行生物在起飞、降落、爬升及俯冲等状态下开展气动及流场可视化测量。利用激光多普勒测速仪开展流场校测:来流15 m/s条件下,截面动压稳定场系数低于0.5%;实验段中心区湍流度在闭口条件下低于0.05%;在实验段出口布置安全网,湍流度变为0.5%。

昆虫飞行速度和持续时间监测仪硬件设计

本文设计了利用微机记录昆虫飞行状态的实验装置,这种装置由两部分组成,一部分是设计和制作一个飞行磨供昆虫飞行,另一部分是制作光电传感器和微机检测系统,记录信号并把信号进行识别、分析、归类,送往计算机显示和打印。介绍了其工作原理和使用方法。

昆虫飞行时能量的提供

把直翅目、鳞翅目、半翅目、膜翅目、双翅目昆虫飞行时消耗的碳水化合物和脂类进行比较,来说明昆虫飞行时能量是由碳水化合物和脂类提供的。

用半实物仿生技术探索昆虫飞行路径的规律

从半实物昆虫仿生研究的现状出发 ,提出了一种新的借助于计算机智能控制探索半实物昆虫仿生引导规律的方法。讨论了建立一个新型的智能化的仿生实验室 ,在计算机仿生环境下通过实验数据和图像研究生物传感器作用下昆虫的引导规律的方法。最后探讨了在这种仿生研究中的大量时空数据的存储和处理问题 ,提出了一种新的思路 ,即采用基于 Realms的时空分析数据库管理系统来实现 。

昆虫飞行有奇招

许多人都以为鸟类是自然界最善于飞行的动物,实际上并不是这样。飞行本领最高超的,首先要推飞虫。有些昆虫除了具有惊人的＂长跑＂本领以外,还能在茫茫大海上空不迷失方向,准确地向目的地前进。

美国研制芯片控制昆虫飞行使其成间谍

据国外媒体报道，美国军方目前正在秘密资助一项用于间谍任务的“生物武器”计划，该计划将利用甲虫或其他体型较小的昆虫，来实现窃听或拍照等秘密任务。

美科学家首次成功遥控机械昆虫飞行

据国外媒体报道，一个由美国五角大楼资助的机械昆虫研发项目的测试近日取得成功。在科学家当中引发了浓厚的兴趣。

昆虫飞行之谜

世界上有成千上万种昆虫，大多数都会飞。然而，长期以来人们对昆虫的飞行都困惑不解。比方说，一只普通的家蝇侧面朝上向天花板飞去，蓦地落到天花板上。它是怎样控制得如此娴熟完成这样高难度的颠倒“着陆”动作的呢？再比如．蜻蜓的飞行又是怎样达到每小时90多公里的高速的？还有，有些蝴蝶甚至能飞达6公里的高空，这又是怎样实现的呢？为什么有些昆虫能连续飞行数百公里而不吃不喝也不休息？亚里士多德要算是古代最有才智的人了，他推测说，高速运动物体之所以能向上飞。是因为有被吸收该物体后面真空带的空气推动的结果。文艺复兴时期的天才达·芬奇提出了另一种解释，认为飞行的生物拍动翅膀时．

昆虫飞行的秘密

如果你仔细观察果蝇，会发现它可以迅速起飞、盘旋、俯冲、急转弯，轻而易举地进攻食物、躲避追杀。但它是怎么办到的呢？动物学家、航天专家、流体力学研究者一直对昆虫飞行时附近空气流动的情况感兴趣，但这个问题至今尚未得到充分的解释。因为我们很难对三维空间的气流活动做出精确的描述，尤其是昆虫翅翼周围，而且昆虫的翅翼小巧轻薄，又运动得特别快、特别复杂。一开始，科学家以分析和计算的方式来探究昆虫飞行的机制，但是这两种方式却无法解释昆虫起飞和停滞空中的行为，也无法完整地描绘昆虫的飞行。直到20世纪末，研究人员改以直接测量的方式进行，

昆虫飞行与机场风向

日本气象厅的气象卫星观测系统研究人员通过雷达对成田机场附近蜜蜂及苍蝇等昆虫飞行方向进行观测后发现,这些群飞的昆虫动向能反映出机场附近风的变化,据此,可较准确地预报机场风向变化。

仿昆扑翼飞行器的翅膀惯性力分析

用理论模化和仿真试验相结合的方法,研究了昆虫翅膀扑动产生的惯性力和惯性力矩.在昆虫扑翼飞行运动的仿生模拟基础上,研究了翅膀扑动过程中拍动幅度、拍动加(减)速周期、平动迎角和翻转加(减)速周期4个振翅运动参数对翅膀惯性力(矩)的影响.研究表明:微小尺度昆虫高频扑翅产生的惯性力幅值与气动力的幅值大致相当;昆虫翅膀的弦向转动惯量比展向转动惯量近似高一个数量级;翅膀拍动惯性力矩的影响远远高于翅膀转动惯性力矩的影响,而转动惯性力矩是可以忽略不计的;只要翅膀的拍动是对称的,就可认为翅膀的扑动是近似对称的;如果翅膀拍动对称的同时转动对称,就可认为翅膀的扑动是严格对称的,此时翅膀惯性力可以忽略.

昆虫翅平面形状和展弦比对其气动性能的影响

应用计算流体力学的方法研究昆虫翅膀平面形状和展弦比对其拍动运动时气动力的影响.选取了10种具有代表性的平面形状和展弦比差别较大的昆虫翅膀作为研究对象.这10种昆虫分别是果蝇、大蚊、蜂蝇、食蚜蝇、瓢虫、熊蜂、蜜蜂、草蜻蛉(前翅)、鹰蛾和蜻蜓(前翅).研究结果表明:翅膀面积的二阶矩折合半径越大其气动力越大,当使用翅膀面积的二阶矩折合半径处的速度作为参考速度时,翅膀平面形状对无量纲气动力的影响很小.当翅膀展弦比有较大变化(从2.8增大到5.5)时,气动力系数只有很小的变化.流动的三维效应减弱和部分前缘涡(LEV,Leading-Edge Vortices)的脱落,这两种效果相互抵消,导致气动力系数变化不大.