羽ばたき翼飛行のマルチスケール空気力学

扑翼飞行的多尺度空气动力学

• 批准号: 15F15061
• 负责人: 劉 浩
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15061/
• 关键词: マルチスケール生物流体力学; 生物乱流; 飛行制御; 地面効果; 昆虫羽ばたき飛行; 羽ばたきロボット; バイオミメティクス; 毛翼; タンポポ; マルハナバチ; 乱流; マルチスケール流体力学

本研究での研究業績は、下記の通りである。極めて優れた成果をあげたことを特筆したい。１）昆虫羽ばたき飛行の非定常空気力学：　スペクトル法を使用し、乱流中のマルハナバチ静止飛行を解析しその空気力学性能を評価した結果、高羽ばたき周波数の揚力発生機構が殆ど乱流に影響されない事を突き止めた。本研究成果は、Physical Review Letters 116,2016に発表している。　ショウジョウバエ離陸にも本手法を適用しその空気力学地面効果(aerodynamic ground effect)と足ジャンップ推力(leg thrust)を解析した結果、ショウジョウバエが地面効果と脚推力を使い分けしていることが分かった。本研究成果は、PlOSone 0152072, 2016に発表している。　マルハナバチ羽ばたき飛行のマルチスケール流体力学モデリングの一貫として、乱流飛行中におけるマルハナバチ羽ばたき飛行の大規模DNSシミュレーション、胴体ダイナミクス解析や飛行安定性モデルの構築を遂行し、マルハナバチの飛行制御における胴体ロール運動による受動的メカニズムを解明し、理論モデルも提案した。本研究成果はScientific Reports 6, 2016に掲載されている。２）低レイノルズ数における流体力学理論モデル：　低レイノルズ数における羽ばたき翼の簡易化モデルとして回転翼の流体力学理論モデルを構築し、前縁渦構造の新しい解析理論を提案した。本研究成果はJournal of Fluid Mechanics, 2017にアクセプトされた。３）レビュー論文：　千葉大劉研究室と、昆虫飛行のバイオメカニクスと昆虫を規範とした羽ばたきロボット関連のバイオミメティクスの現状と今後の展望と生物飛行と生物遊泳に於ける非定常生物流体力学に関する招待レビュー論文を共同執筆し、Philosophical Transactions of the Royal Society B 0390, 2016、Acta Mechanica Sinica 2017にそれぞれ発表している。

这项研究的研究成就如下：我想指出，他取得了极好的成绩。 1）昆虫拍打飞行的不稳定空气动力学：使用频谱方法，我们分析了湍流中的Bumblebee的固定飞行，并评估了其空气动力学性能，并发现在高拍频率下的升力生成机制几乎不受湍流的影响。这项研究的结果在2016年的物理评论信中发表了。该方法还应用于果蝇的起飞，并分析了其空气动力学的地面效应和腿部推力，发现果蝇使用不同的地面效应和腿部推力。这项研究的结果发表在Plosone 0152072，2016年。作为BumbleBee拍打飞行的多尺度流体动力学建模的一部分，我们进行了大规模的DNS DNS，对bumblebee挡泥了飞行的模拟飞行过程中，在动荡的飞行过程中，弹性飞行，融合动力学分析和飞行稳定性机制的运输机构和机制的机制和机构的运输机构，驾驶机构的运转机构和机制的运输方式，并将其构建。提出了一个理论模型。这项研究的结果发表在科学报告中6，2016年。2）低雷诺数的流体动力学理论模型：转子叶片的流体动力学理论模型被构建为在低雷诺数下拍打翅膀的简化模型，并提出了一种新的前沿涡流结构的分析理论。这项研究发现在《流体力学杂志》，2017年。3）审查论文：他与他人共同撰写了一份有关昆虫飞行生物力学的现状和未来前景和基于昆虫的生物段的邀请审查论文，与飞行机器人有关Sinica 2017。

项目成果

Spectral method with volume penalization for numerical simulation of flapping flight

扑动飞行数值模拟的体积惩罚谱法

• 发表时间: 2016
• 作者: Ahin Roy;Kenji Kaneko;Knut Mueller;Andreas Rosenauer;Abhishek K. Singh;and N. Ravishankar;D. Kolomenskiy
• 通讯作者: D. Kolomenskiy

Dr. Ramiro Godoy-Diana/ESPCI, Paris(France)

Ramiro Godoy-Diana 博士/ESPCI，巴黎（法国）

Closed-form solution for the edge vortex of a revolving plate

转板边缘涡的闭式解

• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Fluid Mechanics (accepted)
• 作者: D. Chen;D. Kolomenskiy;H. Liu
• 通讯作者: H. Liu

Dr. Thomas Engels/Technische University Berlin(ドイツ)

Thomas Engels 博士/柏林工业大学（德国）

Numerical simulation of a bumblebee in fully developed turbulent flows

熊蜂在完全发展的湍流中的数值模拟

• 发表时间: 2015
• 作者: D. Kolomenskiy;H. Liu
• 通讯作者: H. Liu