種によって異なる蝶の翅形状とその飛翔特性の解明

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初年度から継続して，蝶の飛翔運動解析と数値流体シミュレーション解析，小型はばたきロボットの開発を行った.蝶の飛翔運動解析では，引き続き東京都の足立区生物園にご協力いただき，複数種の蝶の飛翔の様子を高速度カメラを用いて撮影した．そのうち，アゲハチョウ科のナミアゲハ，タテハチョウ科のオオゴマダラおよびシロチョウ科のツマベニチョウについて3次元運動解析を行った結果，水平飛翔時のフラッピング周波数は，それぞれ11Hz，7Hz，9Hzほどであり，そのときのフラッピング角の範囲はそれぞれ，60degから-30deg程度，60degから-30deg程度，80degから-60deg程度であることがわかった．先行研究より，アゲハチョウの飛び立ち時のフラッピング角が80degから-60deg程度であったことから，アゲハチョウについては水平飛翔時にはその角度をやや小さくしていることが明らかになった．また，翅サイズがより大きなオオゴマダラはフラッピング周波数が低く，同程度の翅サイズであるアゲハチョウとツマベニチョウでは，ツマベニチョウの方がフラッピング周波数が低い結果となった．この要因の1つが後翅形状の違いにあることが示唆された．次に，複数種の蝶の翅形状を3次元モデル化し，数値流体シミュレーション解析によりそれぞれの空力特性を求めた．その結果，どの種も迎角10deg程度が最も揚抗比が高いことがわかった．また，翼弦長が長い翅形状ほど，揚抗比が高くなる傾向にあることも明らかになった．以上の翅形状による飛翔特性の違いを検証するため，初年度に開発した機体を基に，飛行実験を行うための小型はばたきロボットを開発した．小型のリチウムイオン二次電池を搭載し，モータ駆動により10Hz程度のフラッピング運動が可能である．翼幅長は200mm，質量は2g以下で製作し，10m以上の飛行を可能としている．