基于实验数据的柔性丽蝇翅膀质量-弹簧模型
流体动力学
2022-02-11 v1 数值分析
数值分析
生物物理
摘要
由于惯性、弹性和气动力，昆虫翅膀在扑动过程中会发生显著变形。形状的变化进而改变气动力，导致一个完全耦合的流固耦合(FSI)问题。在此，我们给出变形绿头丽蝇(Calliphora vomitoria)翅膀在扑动飞行中的详细三维 FSI 模拟。采用多参数质量-弹簧方法提出一种翅膀模型，因其实现简单和计算高效而被选用。我们通过使用带协方差矩阵自适应(CMA-ES)的遗传算法优化参数，训练该模型以复现静态弹性测量。随后将用实验数据训练的翅膀模型耦合到运行于大规模并行超级计算机上的高性能流场求解器。讨论了建模方法的各种特征以及弹性特性的种内差异。我们发现，具有不同翅膀刚度的个体表现出相似的气动特性，其以无量纲力和功率以及相同雷诺数表征。我们通过比较柔性翅膀与其刚性对应物进一步研究翅膀柔性的影响。在刚性和柔性翅膀相等的规定运动学条件下，翅膀柔性提高了升阻比以及升力-功率比，并降低了翅膀旋转期间观察到的峰值力。
引用
@article{arxiv.2201.11509,
title = {An experimental data-driven mass-spring model of flexible Calliphora wings},
author = {Hung Truong and Thomas Engels and Henja Wehmann and Dmitry Kolomenskiy and Fritz-Olaf Lehmann and Kai Schneider},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.11509},
year = {2022}
}