踏水与非踏水：常规扑翼运动学与踏水扑翼运动学之比较
流体动力学
2022-10-28 v2
摘要
悬停昆虫受生理限制，需要在每次往复运动结束时旋转翅膀以保持前缘领先于后缘。每次半冲程末的翅膀旋转将前缘涡推离翅膀，导致升力损失。与生物飞行者不同，人类设计的扑翼微型飞行器具有不同的设计限制。它们可被设计为避免冲程末端翅膀旋转，并使用所谓的踏水扑翼运动学。采用常规扑翼运动学的扑翼具有指定的前缘与后缘。在踏水模式中，前缘与后缘的角色在整个冲程中持续交替。在此，我们比较了矩形扑翼在执行常规悬停与踏水运动学时的速度场与受力测量，以研究两类扑翼运动学的流体动力学性能差异。我们表明，在相似功耗下，踏水模式比常规悬停模式产生更多升力，且对于对称俯仰运动学效率高出50%。在踏水模式中，前一冲程的前缘涡未被推离，而是被捕获并使新形成的前缘涡更贴近翅膀，导致升力系数更快速增加并维持更久。这使踏水模式成为人类工程扑翼飞行器的一种有前景的替代方案。
引用
@article{arxiv.2207.14257,
title = {To tread or not to tread: comparison between water treading and conventional flapping wing kinematics},
author = {Swathi Krishna and Alexander Gehrke and Karen Mulleners},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.14257},
year = {2022}
}