极小昆虫利用新颖扑翼与阻力原理产生支撑体重的竖直力
生物物理
2018-10-17 v1 流体动力学
摘要
空气黏度对昆虫翅膀周围流动的影响随昆虫体型减小而增大。对于最小型昆虫（翅长R小于1 mm），黏性效应如此之大，以至于较大昆虫所用的升力产生机制失效。支撑体重的竖直力如何产生尚属未知。为阐明其中的空气动力学机制，我们测量了微小 wasp Encarsia formosa（R=0.6 mm）在悬停或极慢上升飞行中的翅膀运动学，并计算和分析了气动力。我们发现这些昆虫做出两种不寻常的翅膀运动。一是划桨：翅膀快速向下和向后运动，如同划桨；另一种是先前发现的Weis-Fogh抛展。划桨产生所需竖直力的70%，Weis-Fogh抛展产生其余30%。划桨翅膀主要产生近似向上的阻力，从而形成竖直力。由于每次划桨都产生起始流，该阻力具有非定常性质，且远大于相同速度和攻角下定常运动中的阻力。此外，我们的计算表明，若微小黄蜂采用较大昆虫的常规翅膀运动学（在水平面内来回扑动），产生的竖直力仅为真实翅膀运动学的三分之一；即它们必须使用特殊的翅膀运动来克服常用扑动运动学所遇到的巨大黏性效应问题。我们首次观察到极小昆虫利用阻力支撑体重，并解释了应用阻力原理时如何产生净竖直力。
引用
@article{arxiv.1807.05629,
title = {Very small insects use novel wing flapping and drag principle to generate the weight-supporting vertical force},
author = {Xin Cheng and Mao Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.05629},
year = {2018}
}