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盤旋飛行器

2011/02/07 | |

Original publish date:Sep 18, 2000

編輯 Vincent Liu 報導

微型飛行器 photo source:youtube

微型飛行器
photo source:youtube

一個新穎的昆蟲飛行的數學理論夠幫助工程師複製飛蠅的飛行

路徑而去設計微小飛行機器。

這是科學家第一次具體解釋有些昆蟲能夠運用圍繞他們的空氣

流動,使得他們可以在俯衝運動和盤旋靜止之間做瞬間轉換。

過去在傳統的空氣動力理論有一個舊的迷思:飛行器像大黃蜂

的飛行是不可能的。

飛行器的翅膀不像是昆蟲是要藉著快速拍動的翅膀停留在空中。

所以空氣是被翅膀快速攪動至激烈捲曲的渦漩中,而不是平滑的

覆蓋翅膀。

但是拍動的翅膀是不會產生混亂。昆蟲靈敏地協調他們翅膀的

運動產生升力。重要的關鍵在於翅膀如何從邊緣發散渦漩。

渦漩就是移動中的空氣小包,其中帶走動能,就好像空氣從螺

蜁槳流動,他們能產生反力作用在物體上。

先前關於昆蟲飛行的研究顯示翅膀的轉動在拍翅時是控制升力

和改變方向的機制中重要的部分。

當向下拍翅時,昆蟲的翅膀的導向與地面平行。在完成拍翅運

動的最後階段,牠轉動翅膀與地面稍稍成直角。

現在,康乃爾的Z. Jane Wang發展一個理論1指出轉動的翅膀如

何產生渦漩使的昆蟲盤旋。Wang利用電腦將環繞翅膀的流場分割

成有限的網格點,在去計算每個網格點的流場。

執行三維空間的計算其運算量太大﹐需要花得時間太多。

為了能在合理的時間內算出結果﹐Wang猜測與翅膀垂直的二維流

場剖面是關鍵的部份。

藉著觀察流場分佈,她得到了昆蟲如何精心利用渦漩的深刻理解。

或許現在我們能夠對於有些昆蟲能夠倒退起飛,側向飛行和從上

往下的飛行,有些好的理論解釋。

參考文獻:

1.Wang, Z. J. Two dimensional mechanism for insect hovering. Physical

Review Letters 85, 2216-2219 (2000).

參考來源:

  • PHILIP BALL “physics : Hover craft” in Nature Science Update 9/11/2000

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