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Original publish date:Sep 18, 2000
編輯 Vincent Liu 報導
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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