昆虫拍动翅的前缘涡三维空间结构-中国学术会议在线.pdf

中国力学学会学术大学2007 （CCTAM2007） 昆虫拍动翅的前缘涡三维空间结构 1) 申功炘 陆 远 任禹桥 黄烁桥 谭广琨 (北京航空航天大学 流体力学研究所, 北京100083) 昆虫 （果蝇，蜻蜓）悬停飞行中，翅膀按照特定的拍动方式往复运动，产生非定常高升力维持 身体的平衡。研究昆虫高升力机理，需要探索拍动翼运动引发的三维空间非定常流场的特性，尤其 是三维空间非定常涡的发展变化过程。 将流动显示技术应用于动态模型实验，定性的观察拍动翼前缘涡(LEV)的发展破裂过程。针对 昆虫翅悬停飞行拍动流场是一种强三维空间的周期性的流动，采用了 DPIV 和 DSPIV （digital stereoscopicparticleimagevelocimetry）技术系统与拍动运动模拟运动控制系统严格的相位锁 相同步系统和一系列并行的切面 ( 激光片光 ) 的二分量速度场 （高空间分辨率 DPIV） 和三分量 速度场 （DSPIV）测量, 以及三维空间流场重构技术，取得了拍动翅流动的相位瞬时和相位平均的空 间 （整个体积, x , y, z ）三维速度 （u, v, w）场 （速度向量场、截面涡量场、空间涡量场，以及三维 空间流线）。揭示了三维空间流动结构。 观测了拍动翼前缘涡的流动结构及其沿展向发展到破裂的三维空间流动结构。 采用高空间分辨率DPIV观测结果表明：揭示了拍动翼前缘涡存在双同向涡结构，双同向前缘涡 的存在。并在展弦比AR （1.3,3.5, 5.8, 7.5,10）, 拍动攻角α (10°~80 °8种), 和在雷诺 m 数Re (160~3200，6 种) 下均存在双同向涡结构，见图1。 采用DSPIV系统技术观测结果表明：揭示了拍动翼前缘涡沿展向的三维空间流动结构，在雷诺 数 Re 960，拍动翼运动至相位/ 2 时，翼面上前缘涡在沿展向距翼根约 60％展长的位置发生破 裂；揭示了展向流的存在，翼根至破裂点之间，展向流动稳定，指向翼梢; 展向流在破裂点以后， 改变方向，指向翼根。见图2。 关键词 拍动翼，周期性三维空间流场, 前缘涡, 展向流,DSPIV, 锁相同步 图1 拍动翼前缘涡双同向涡结构 图2 重构的拍动翼(相位 π/2)三维空间三分量展向速度场 1) E-mail: gx_shen05@ 695 中国力学学会学术大学2007 （CCTAM2007） 小昆虫 “clap-fling”运动机制的数值模拟 1) 张来平 常兴华 段旭鹏 王振亚 张涵信 ( 中国空气动力研究与发展中心, 四川绵阳 621000) 昆虫是世界上体积最小的飞行者，它们能够在很小的雷诺数下通过特有的运动机制产生非常大 的非定常升力，满足自身飞行、机动的需要。昆虫的扑翼飞行中，翼基本上保持在一个拍动平面内 做 “上挥-下拍”的运动。关于这种扑翼飞行中非定常高升力产生的原因，许多专家学者开展了各个 [1-2] 方面的研究工作，并得到了许多有意义的研究成果 。对于一些体积更小的昆虫如台湾小黄蜂等， [3] 翅膀运动的雷诺数大约只有20，除了 “上挥-下拍”的运动方式外，Weis-Fogh 认为这些小昆虫翼 在背部的“合拢-打开”过程是其产生高升力的主要原因之一，称为“Weis-Fogh”机制或“clap-fling” [4] 机制。Miller 通过数值模拟，对不同雷诺数下的 “clap-fling”机制进行了研究，发现雷诺数越 小，该机制对升力的增强作用越明显。但是在他的研究中，