飞行和游动生物流体力学及 仿生技术 国内研究情况概述机械12 周振雷 2011010425简介 飞行与游动的生物力学是一门以流体力学 为先导的交叉科学,它将昆虫、鱼类等生物 视为有生命的机器,研究它们在神经信号控 制下,驱动其强劲的推进肌产生收缩动作(相 当于原动机) ,形成拍翼运动或波状摆动,将 肌肉中蕴含的生化能转化为机械能,从而实 现自主飞行和自主游动这一复杂系统的科 学规律. 微型飞行器和微小水下航行器是典型的仿 生产品。研究背景 飞行和游动生物有着出色的运动能力 。（水生生物极高的推进效率、爆发 力） 仿生机器学正迅速崛起,研制微型飞行 器、机器昆虫、机器鱼等日益成为潮 流,亟需该学科的理论加以支撑。飞行和游动生物的拍动推进机理 昆虫扇翅、鸟拍翼以及鱼摆尾简化为翼型 做沉浮和俯仰两种基本运动。 拍动翼能否在其周围流体的作用下自主向 前推进,不仅取决于拍翼的频率和拍动幅值, 还取决于拍翼和周围流体介质的密度比。 在翼的俯/ 仰旋过程中升力的产生,不仅取决 于攻角上仰机制, 还取决于射流增升机制。游动生物的波状摆动推进机理 鱼类波状游动的推进机制童秉纲 揭示了波状摆动推进中的流动控制、减阻 和最佳推进效率等运动学和动力学机理,预 测了对应最佳推进性能的波状摆动参数。 研究发现了不同Re 数下的两类典型推进机 理:一是当Re 数为10100时钝体分离涡与 行波壁相互作用机理,另一是当Re 数为 100010000时脱泻涡增强机理。 相邻翼型的波状摆动方式,研究了同相和反 相摆动两类典型情况. 首次揭示了同相摆动 有助于节省游动的能耗,而反相摆动有助于 增强推进力。仿生技术研究和水下仿生机器 研制了三种不同形式的机器鱼。多关节钢丝传动的机器鱼试验品三关节的仿生机器鱼解决了转弯、上 浮/下潜等技术问题。基于形状记忆合金设计了模拟尾鳍运动的 机构模拟鱼类游动的摆尾运动。 研制了一种水下智能拍翼机器实现了 上浮和下潜的速度为13 cm/ s 的机动运动参考文献 1童秉纲, 陆夕云. 关于飞行和游动的生物 力学研究J . 2陆夕云 ,杨基明 ,尹协振1,童秉纲.飞行和 游动的生物运动力学和仿生技术研究. 3童秉纲,孙茂,尹协振.飞行和游动生物流体 力学研究在国内的若干进展.谢谢大家