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飞行和游动生物流体力学及仿生技术——国内研究情况概述 机械12 周振雷 2011010425 简介 飞行与游动的生物力学是一门以流体力学为先导的交叉科学,它将昆虫、鱼类等生物视为有生命的机器,研究它们在神经信号控制下,驱动其强劲的推进肌产生收缩动作(相当于原动机) ,形成拍翼运动或波状摆动,将肌肉中蕴含的生化能转化为机械能,从而实现自主飞行和自主游动这一复杂系统的科学规律. 微型飞行器和微小水下航行器是典型的仿生产品。 研究背景 飞行和游动生物有着出色的运动能力。（水生生物极高的推进效率、爆发力） 仿生机器学正迅速崛起,研制微型飞行器、机器昆虫、机器鱼等日益成为潮流,亟需该学科的理论加以支撑。 飞行和游动生物的拍动推进机理 昆虫扇翅、鸟拍翼以及鱼摆尾简化为翼型做沉浮和俯仰两种基本运动。 拍动翼能否在其周围流体的作用下自主向前推进,不仅取决于拍翼的频率和拍动幅值,还取决于拍翼和周围流体介质的密度比。 在翼的俯/ 仰旋过程中升力的产生,不仅取决于攻角上仰机制, 还取决于射流增升机制。 游动生物的波状摆动推进机理 鱼类波状游动的推进机制——童秉纲? 揭示了波状摆动推进中的流动控制、减阻和最佳推进效率等运动学和动力学机理,预测了对应最佳推进性能的波状摆动参数。 研究发现了不同Re 数下的两类典型推进机理:一是当Re 数为10～100时钝体分离涡与行波壁相互作用机理,另一是当Re 数为1000～10000时脱泻涡增强机理。 相邻翼型的波状摆动方式,研究了同相和反相摆动两类典型情况. 首次揭示了同相摆动有助于节省游动的能耗,而反相摆动有助于增强推进力。 仿生技术研究和水下仿生机器 研制了三种不同形式的机器鱼。 多关节钢丝传动的机器鱼——试验品 三关节的仿生机器鱼——解决了转弯、上 浮/下潜等技术问题。 基于形状记忆合金设计了模拟尾鳍运动的 机构——模拟鱼类游动的摆尾运动。 研制了一种水下智能拍翼机器——实现了上浮和下潜的速度为13 cm/ s 的机动运动 参考文献 [1]童秉纲, 陆夕云. 关于飞行和游动的生物力学研究[J ] . [2]陆夕云 ,杨基明 ,尹协振1,童秉纲.飞行和游动的生物运动力学和仿生技术研究. [3]童秉纲,孙茂,尹协振.飞行和游动生物流体力学研究在国内的若干进展. 谢谢大家 * 引射是贝努力原理的一个应用，如果对文丘里管（背对背的喇叭口）吹入高速气流，在文丘里管的喉部会产生低压，这个低压会拉动文丘里管外上游的空气，和吹入气流混合，一起喷出文丘里管，最后文丘里管出口的气流流量大于吹入的气流。工业上常用这个原理，将大型容器内的气体抽吸出来。理论和实验证明，拉动气流和吹入气流之比可以达到?1.5-2：1，如果在机身或机翼上安装引射装置，就可以用较少的喷气发动机引出高压气流，产生较大的直接升力，这就是引射增升的基本道理。 * 雷诺数是流体力学中表征粘性影响的相似准则数。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定， * 。 * * * 引射是贝努力原理的一个应用，如果对文丘里管（背对背的喇叭口）吹入高速气流，在文丘里管的喉部会产生低压，这个低压会拉动文丘里管外上游的空气，和吹入气流混合，一起喷出文丘里管，最后文丘里管出口的气流流量大于吹入的气流。工业上常用这个原理，将大型容器内的气体抽吸出来。理论和实验证明，拉动气流和吹入气流之比可以达到?1.5-2：1，如果在机身或机翼上安装引射装置，就可以用较少的喷气发动机引出高压气流，产生较大的直接升力，这就是引射增升的基本道理。 * 雷诺数是流体力学中表征粘性影响的相似准则数。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定， * 。 * *