昆蟲翅非定常變形的精細測量及其氣動效應的研究

《昆蟲翅非定常變形的精細測量及其氣動效應的研究》是依託北京航空航天大學，由劉彥鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：昆蟲翅非定常變形的精細測量及其氣動效應的研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：劉彥鵬
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本項目用實物觀測，數值模擬和理論分析相結合的方法，研究昆蟲翅非定常變形及其對拍動翅的氣動力、力矩和能耗的影響。先採用基於雙目立體視覺與特徵點匹配的三維重構方法來測量拍動翅的空間、時間變形過程；然後將測量得到的翅膀變形數據作為邊界條件，數值求解流體力學方程（N-S方程），獲得流場、氣動力、力矩、能耗等物理量隨時間變化的關係。擬達到的目標是：定量測量出蜂蠅自由懸停飛行時翅的非定常變形的空間、時間變化；了解變形對拍動翅的氣動力、力矩和能耗的影響如何，產生這些影響的力學機制；回答以往基於剛性板假設的研究結果的適用性如何的問題。

結題摘要

實驗觀測結果顯示昆蟲翅在飛行過程中是存在著程度不同的變形，以往的研究往往將其簡化為剛性平板加以處理。我們對這一問題進行了廣泛深入的研究。首先採用小型風洞、高速攝像機組等實驗設備拍攝了昆蟲自由飛行的過程；而後基於雙目立體視覺與特徵點匹配的三維重構方法來測量撲動翅的空間、時間變形過程，獲得了典型實驗昆蟲（蜂蠅）自由飛行時其撲動翅的變形詳情，包括彎曲、扭轉和拱形變形；然後將測量得到的翅膀變形數據作為邊界條件，數值求解流體力學方程（N-S方程），獲得流場、氣動力、力矩、能耗等物理量隨時間變化的關係，結果顯示變形翅對氣動力、力矩、能耗的影響均小於10%。對比剛性假設，變形翅在氣動力、力矩和能耗等方面無顯著差異。因此出於簡化的目的，在後續的研究中，可以將自由飛行昆蟲的翅視作剛性，以往基於剛性板假設的研究結果的依舊適用。