《昆蟲起飛的運動學觀測及流體力學機理研究》是依託北京航空航天大學，由張艷來擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：昆蟲起飛的運動學觀測及流體力學機理研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：張艷來
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目用實物觀測和數值模擬的方法研究昆蟲起飛過程中的運動學及空氣動力學。首先，用三台高速攝像機拍攝昆蟲的起飛過程，基於立體視覺的方法，測量身體和翅膀的運動學參數（如翅膀拍動頻率，拍動幅度，攻角；身體位置，姿態等）和這些參數隨時間的變化。然後，基於流體力學方程（N-S方程），結合所獲得的運動學參數，給出起飛過程中的氣動力特性及流動結構，解釋產生起飛所需的高升力的機理，解釋為何採取此種拍動參數實現起飛運動。為生物學家研究昆蟲生理、進化等問題提供力學基礎；為工程師研究微/納型飛行器的起飛問題提供新概念和新原理。
結題摘要
本項目研究蜂蠅自主起飛過程的動力學與流體力學機理。用三台高速攝像機詳細測量了蜂蠅的自主起飛運動，獲得了蜂蠅起飛過程中翅膀和身體的運動學參數；基於測量的運動學數據，用計算流體力學的方法重現了蜂蠅起飛過程中的氣動力變化。對身體質心運動數據進行光滑處理並微分，計算得到起飛過程中的慣性力。用慣性力減去氣動力和重力，間接得到起飛過程中腿的彈跳作用力。研究結果表明，蜂蠅自主起飛，用10~14次拍動來逐漸增加拍動幅度，在約12次拍動後實現離地騰空。起飛過程中氣動力從零單調增加到略大於昆蟲重力，腿上的力由重力逐漸減小到零，說明蜂蠅起飛主要依靠拍動產生的氣動力實現離地，而不是通過腿部的彈跳。這與之前其它昆蟲的研究有很大不同，它們通過在短時間內產生很大的力來實現起飛，如蝗蟲和果蠅主要通過腿的彈跳來產生5~10倍體重的彈力，蝴蝶通過翅膀的快速打開機制產生大的升力。而蜂蠅的起飛要相對平緩的多。
