中等雷诺数下板的空气动力学平衡与飞行稳定性

薄翼或板的被动飞行是中等雷诺数下流固耦合的一个原型问题。这一看似简单的空气动力学系统展现出令人印象深刻的稳态和非稳态运动多样性，类似于 flutter 的树叶、翻滚的种子和滑翔的纸飞机。在此，我们利用基于流体准稳态描述的非线性动力学模型探索飞行行为空间。通过识别关键无量纲参数、评估稳态平衡态及其线性稳定性分析，实现了高效表征。稳定与不稳定飞行平衡态的结构和组织被证明是复杂的，看似相关的因素如质量和浮力修正后的重量在决定最终飞行模式中扮演着不同的角色。非线性模型成功再现了此前已记录的颤振和翻滚等非稳态状态，同时预测了新的运动类型，线性分析准确说明了滑翔和俯冲等稳态状态的稳定性。虽然动态稳定的条件似乎缺乏普遍适用的简洁公式，但我们在某些区域中识别出了成立的关系，并提供了机制性解释。该模型的普适性及其解空间的丰富性暗示了其在小型空气动力学及相关生物与机器人飞行应用中的意义。