果蝇尺寸昆虫起飞时的气动地面效应

扑翼昆虫飞行中的气动地面效应对比较形态学具有重要意义，并且令微型飞行器（MAV）领域感兴趣。然而，最近的研究显示出明显矛盾的结果：要么存在一些显著的额外升力或功率节省，要么地面效应为零。在此，我们提出一项果蝇尺寸昆虫起飞的数值研究，特别关注腿推力和翅膀运动学的重要性。使用数值建模和高性能计算研究扑翼起飞。气动力使用基于伪谱法带体积惩罚的三维Navier--Stokes求解器计算。其耦合了一个飞行动力学求解器，该求解器考虑体重、惯量和腿推力，同时仅具有两个自由度：垂直和纵向水平位移。果蝇的自然自主起飞被视为参考。随后改变模型参数以探索扑翼模型与地面平面之间相互作用的可能影响。这些修改后的起飞包括腿推力参数减小、和/或具有周期性翅膀运动学、恒定机体俯仰角的情形。结果表明，自然自主起飞期间的地面效应可忽略不计。在修改后的起飞中，当爬升率较慢时，由于与地面相互作用导致的气动力差异高达6%。令人惊讶的是，取决于运动学，该差异为正或负，这与基于直升机理论（其表明正额外升力）的直觉相反。此效应归因于非定常翼-尾迹相互作用。在悬停期间发现了类似效应。