蜻蜓翅膀微结构与载荷响应中的仿生优化分析

【摘要】：众所周知,昆虫依靠在空气中的拍翼方式产生飞行所需的动力或阻力,其飞行性能与质量比远远超过现有的人造飞行器。蜻蜓的翅膀不像飞机翅膀那样具有整体的流线型,是一类似于平面的薄膜一杆结构系统,这种系统主要由翅膜和翅茎组成(如图1所示)。按照传统的空气动力学理论,蜻蜓近似平面的翅膀是无法实现飞行功能的,但是事实上蜻蜓的翅膀能够有效地利用空气阻力和升力。实验观测表明,所有昆虫翼在拍动时都会产生显著的弯曲和扭转变形。现有不少的研究者认为,这种柔性变形效应有可能对飞行的空气动力产生增益、节能或增强稳定性等重要作用。事实上,昆虫的飞行肌体仅连接了翅膀翼的根部,对昆虫变形的主动控制极少,主要的是靠昆虫翼拍动时在惯性力和气动力的共同作用下才产生被动变形。这种变形的响应主要是由翅膀翼的微观结构和构成这种微观结构的材料所决定的。对该机理的研究有助于完善现有的空气动力学理论和轻质结构材料的开发设计与利用。

【作者单位】：清华大学航天航空学院工程力学系
【分类号】：V211.4

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