昆翅在飞行中的动态形变

陆 光 颜景平 张志胜 史金飞 金晓怡

(1东南大学机械工程学院，南京 211189)

(2上海工程技术大学机械工程学院，上海 201620)

昆虫高效的飞行能力一直是生物学家和仿生工程专家关注的焦点.在刚性翅模型基础上，国内外对昆虫飞行高升力机理的研究已经取得重大进展［1］.然而大量的生物学观测资料表明［2-3］，昆翅是变刚度柔性体，在挥拍过程中翅主动或被动地产生形变，主要表现为弦向弯曲和展向扭转.忽略翅的柔性形变，基于刚性翅假设，即使应用严格的非定常空气动力学理论并结合精确的数值计算方法和先进的试验测试手段，所得到的结论仍未必符合昆虫飞行的真实状态.而实际上，昆翅拍动时的柔性形变将改善昆虫飞行的气动性能.因此，从柔性翅角度重新认识昆虫的飞行力机理，探讨昆翅柔性对飞行力的贡献具有重要意义.

当前的国际研究重点已由刚性翅假设转向柔性翅假设，取得了不少探索性成果，本文根据研究方法的侧重将其分为3类:①观测.Mountcastle等在对鹰蛾翅拍动中流场进行DPIV实验后指出，柔性翅周围流体流动的强度和方向更有利于其在拍动中获得大升力［4］.Young等对真实蝗虫的翅运动进行了精确的数值模拟，指出翅的弯曲和扭转形变能够提升气动性能和节省能耗［5］.上述研究直接有力地证实了昆翅柔性改善飞行力的论断.②实验.Kim等设计了能够实现翅拍动、弯曲和扭转的智能拍翅结构，通过调节翅的拱形形变量，发现……