魏 来

(北京航空精密机械研究所,北京 100076)

申功炘 黄烁桥 郭 鹏

(北京航空航天大学 航空科学与工程学院,北京 100191)

蝴蝶悬停飞行流体力学实验模型的仿生设计

魏 来

(北京航空精密机械研究所,北京 100076)

申功炘 黄烁桥 郭 鹏

(北京航空航天大学 航空科学与工程学院,北京 100191)

由于蝴蝶形态学上的特点(翼面宽大,展弦比小,翼型复杂)以及其特殊的飞行方式(拍动频率低,翅膀几乎垂直于身体拍动;翅膀没有翻转运动,但在翅膀拍动时身体有明显的俯仰运动和振动),蝴蝶成为探索昆虫飞行高升力机理的特殊研究对象.为了深入研究蝴蝶悬停飞行时的流场和高升力机理,设计制作一套模拟蝴蝶悬停飞行的流体力学实验模型显得尤为重要.介绍一种新设计的电控蝴蝶实验模型,该模型与真实的蝴蝶一样,包含左右翅膀和身体,并且可以实现精确定位和模拟蝴蝶不同的运动模式,包括翅膀的拍动、身体的俯仰运动和振动.研究小组应用此实验模型进行流动显示实验和 PIV(Particle Image Velocimetry)实验,对蝴蝶的悬停飞行进行研究.

蝴蝶;实验模型;仿生设计;悬停飞行

蝴蝶具有优异的飞行能力,例如生活在北美的帝王蝶每年秋季飞行 3000 km到墨西哥山脉去过冬,在那里生活 5个月,到了春季再飞回北方.蝴蝶的飞行能力引起了学者的关注,文献[1-3]使用高速摄像机对多种蝴蝶进行了观测,分析了蝴蝶水平前飞时翅膀和身体的运动学参数,同时也测量了相关的形态学参数.研究……