非定常气流中昆虫尺度扑翼飞行的附加代价
流体动力学
2016-10-31 v1 生物物理
定量方法
摘要
小型自然和人造扑翼飞行器的运行域中的空气环境高度复杂、非定常且通常湍流化。考虑具有周期性变化横向速度分量的非定常风环境中的扑翼飞行，我们表明扑翼飞行器经历的身体旋转导致气动力矢量的重新定向，从而造成垂直力的显著累积亏缺。我们推导了在此条件下自由飞行中维持重力支撑所需的身体滚转振幅和相关能量需求的定量估计。我们对受蜂鸟启发的微型机器人扑翼器进行了力测量，并对熊蜂进行了数值模拟。在这两种情况下，我们都展示了由于身体滚转导致的重力支撑损失。利用半约束飞行测量，我们展示了通过增加扑动频率来维持非定常风中高度所需的功率增加。扑翼飞行者可以增加其扑动频率以及行程幅值以产生所需增加的气动力，这两类补偿控制都需要额外的能量代价。我们分析了动物在冯·卡门涡街中飞行的现有实验数据，发现与提出的理论模型合理吻合。
引用
@article{arxiv.1610.09101,
title = {Added costs of insect-scale flapping flight in unsteady airflows},
author = {Dmitry Kolomenskiy and Sridhar Ravi and Taku Takabayashi and Teruaki Ikeda and Kohei Ueyama and Thomas Engels and Alex Fisher and Hiroto Tanaka and Kai Schneider and Jörn Sesterhenn and Hao Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.09101},
year = {2016}
}