快速飞和纤维增强膜翅膀是高性能蝙蝠飞行的关键
Marin Lauber1,2, Gabriel D Weymouth2, Georges Limbert1,3
1Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Southampton, Southampton, UK.
Journal of the Royal Society, Interface
|November 14, 2023
概括
蝙蝠的飞行机制是独一无二的,的速度高于最佳范围. 模拟显示专门的翅膀运动和微观结构提高了蝙蝠的空气动力学效率,挑战了通用运动理论.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 空气动力学是什么
- 流体动力学 流体动力学
背景情况:
- 与其他飞行动物相比,蝙蝠表现出独特的翅膀动力学和翅膀结构.
- 许多蝙蝠在Strouhal数 (飞行速度与飞行速度的比率) 显著高于典型的最佳范围时运行.
- 了解这些偏差是解释蝙蝠飞行效率的关键.
研究的目的:
- 研究动力学和材料特性在蝙蝠翅膀空气动力学性能中的独立作用.
- 为了确定翻动速度和膜刚度对推进和起重效率的影响.
- 探索微观结构异构性对飞和整体效率的影响.
主要方法:
- 蝙蝠翅膀的高分辨率流体结构相互作用 (FSI) 模拟.
- 机翼动力学 (折叠速度) 和材料特性 (膜硬度,异构性) 的独立变化.
- 分析空气动力学性能指标,包括推进和升降效率.
主要成果:
- 蝙蝠般的运动的峰值效率需要比对称运动快66%的飞速度,与生物观测保持一致.
- 减少膜硬性提高了效率,直到发生飞.
- 微结构异构性显著降低了飞能量 (十倍),同时保持了高空气动力学效率.
结论:
- 蝙蝠飞行速度是专门的,与普遍的最佳斯特鲁哈尔数参数不同.
- 蝙蝠翅膀膜的微观结构性质在推进性能中起着至关重要的作用.
- 翅膀运动,材料特性和微观结构之间的相互作用对于有效的蝙蝠飞行至关重要.
