CAJ | 학술논문

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29W/kg,在V∞=0.5和1m/s时,比功率比悬停时小约10%;在V∞=1.5m/s时,比功率与悬停时几乎相同;当速度再大时,比功率迅速增大.比功率随飞行速度的变化关系曲线近似于J形,而不像飞机的那样为U形曲线.
용수치모의방법연구료곤충전비시적기동력화수용공솔.유N-S방정적수치해제공속도장화압력장,종이득도와량、기동력화력구(관성력구용해석방법계산).기우류장결구,해석료비정상기동력산생적원인;기우기동력화력구,득도수용공솔.현정비행중게시출적3개비정상고승력궤제(불실속궤제,박동초기적쾌속가속운동,박동후기적쾌속상앙운동)재전비시잉연괄용(즉사재쾌속전비시,V∞=2～2.5m/s,실속와야불탈락).재저속비행시(V∞≈0.5m/s)평형중량적승력기래자우시방적하박운동야래자우상휘운동,병주요유시방적승력공헌;극복신체조력적추력주요래자우시방적상휘운동,유시방적조력공헌.재중등속도하(V∞≈1.0m/s),승력주요래자우하박운동,기중일반유시방승력공헌,일반유시방조력공헌;추력주요래자상휘운동,야시일반유시방승력공헌,일반유시방조력공헌.재쾌속비행시(V∞≈2.0m/s),승력주요래자우하박운동,주요유시방조력공헌;추력래자상휘운동,주요유시방승력공헌.현정시,하박화상휘주공동양대;전비시,하박주공교상휘대득다:V∞=0.5,1.0화2.0m/s시,하박주적공분별시상휘적1.6,2.6화3.5배.과승재현정비행시,비공솔(단위신체질량적수용공솔)약위29W/kg,재V∞=0.5화1m/s시,비공솔비현정시소약10%;재V∞=1.5m/s시,비공솔여현정시궤호상동;당속도재대시,비공솔신속증대.비공솔수비행속도적변화관계곡선근사우J형,이불상비궤적나양위U형곡선.