斯托克斯流中的最佳推进扑翼运动

游动的鱼类和飞行的昆虫利用鳍和翅膀的扑动产生推力。相比之下，微观生物通常以波浪状方式变形其附肢。由于具有两个自由度的扑翼运动理论上能够在所有雷诺数下通过时间周期性驱动产生净力，本文计算了斯托克斯流中刚性椭球的最佳扑翼运动学。精确求解了扑翼运动产生力和能量学的流体动力学问题。然后解析计算了所有扑翼步态空间中扑翼效率的梯度，并利用该梯度数值推导了最佳扑翼运动学与扑翼形状和运动幅度的函数关系。观察到最佳扑翼运动学对扑翼形状的依赖性较弱，并且与昆虫翅膀运动中的八字形运动非常相似。我们的结果表明，扑翼运动可以作为实验上可行的推进机制，适用于整个雷诺数范围。