昆虫型人工飛翔体を目指した羽ばたき飛行安全性・操縦性の研究

类昆虫人造飞行物扑翼飞行安全性与机动性研究

• 批准号: 18656056
• 负责人: 劉 浩
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18656056/
• 关键词: 生物・生体工学; 流体工学; 医療・福祉; 生体生命情報学; 医工学

平成19年度は主に以下の研究項目を実施した。昆虫型プロトタイプモデルと小鳥型プロトタイプモデルを完成し各々の静止飛行・前進飛行・旋回飛行の運動モードにおける空力特性及び動的安定性の解析を実施した。具体的には,蛾,ハエなどの計算流体力学モデルに対して,6自由度を有する昆虫自由飛行の力学モデリング及び大規模シミュレーションを実施し,昆虫羽ばたき飛行の動的安定性解析などを行った。とくに,航空機の安定性理論を適用し大型昆虫スズメガと小型昆虫ショウジョウバエの羽ばたき飛行における動的縦安定性解析を行った。まず計算流体力学(Computational Fluid Dynamics)手法を用い,羽ばたき周波数の大きい昆虫を6自由度の有する剛体として近似し,羽ばたき翅に働く空気力と回転モーメントを1周期平均で計算した。さらに静止飛行の釣り合い状態に,昆虫の縦対称面における水平方向・垂直方向・ピッチング方向にそれぞれ一連の微小撹乱(速度または角速度)を加えた際に生ずる空気力とピーチングモーメントの空力微係数を求めた。準定常理論に基づき,羽ばたき昆虫の運動方程式を線形化し,撹乱を-0.1から0.1まで0.01刻みで無次元化した微小なものとした。また微小変位の起きた状態と釣り合い状態との差を取り,空力微係数を求め,運動方程式のシステム行列に代入し固有値解析を行った。これにより,線形安定性理論を用い昆虫羽ばたき飛行の動的安定性の運動モード解析を施した。本研究手法を適用し,スズメガとショウジョウバエの静止飛行における動的縦安定性解析を行った結果,大型昆虫の3つの運動モードがともに安定であることに対して小型昆虫の長周期運動モードが不安定または中立になるという新しい知見を得ることができた

In the 19th year of the Heisei era, the following <s:1> research projects を were implemented at た. Insect type プ ロ ト タ イ プ モ デ ル と type bird プ ロ ト タ イ プ モ デ ル を complete し each 々 の still flying, flying forward, turning flight の movement モ ー ド に お け る aerodynamic characteristics and び dynamic stability analytical を の be applied し た. Specific に は, moth, ハ エ な ど の computational fluid mechanics モ デ ル に し seaborne て, 6 dof を have す る insects free flight mechanics モ の デ リ ン グ and mass シ び ミ ュ レ ー シ ョ ン を be し, insect feather ば た き flight の dynamic stability analytical な ど を line っ た. と く に, aviation machine を の stability theory for し large insects ス ズ メ ガ と small insects シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ の feather ば た き flight に お け る line moving 縦 stability analytical を っ た. ま ず Computational Fluid Dynamics, Computational Fluid Dynamics) technique を い, feather ば た き cycle for large の き い insects を 6 dof の have す る rigid-body と し て approximate し, feather ば た き wing に 働 く と back empty 気 force planning モ ー メ ン ト を 1 cycle average で し た. さ ら に still flying の fishing り い state に, insect の 縦 said surface seaborne に お け る horizontal, vertical, ピ ッ チ ン グ direction に そ れ ぞ れ の in a row of tiny 撹 disorderly (speed ま た は angular velocity) を plus え た interstate に raw ず る empty 気 force と ピ ー チ ン グ モ ー メ ン ト の empty を LiWei coefficient for め た. Quasi-steady theory に base づ き, feather ば た き insects equation を linear motion is の し, 撹 disorderly を 0.1 か ら 0.1 ま で 0.01 hour み で relacing し dimensional た tiny な も の と し た. ま た tiny variations since a の き た と fishing り close い state と の poor を り, empty LiWei coefficient を め, motion equation is の シ ス テ ム ranks に substitution line し inherent numerical analytical を っ た. The theory of linear stability を is analyzed by using the stable <s:1> motion of the ばた <s:1> flight <s:1> of the ばた feathers of a <s:1> insect モ ド ド ド to explain を schist た. This research technique を applicable し, ス ズ メ ガ と シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ の still flying に お け る line moving 縦 stability analytical を っ た results, large insects の 3 つ の movement モ ー ド が と も に settle で あ る こ と に し seaborne て small insects の long periodic motion モ ー ド が unrest ま た は neutral に な る と い う new し い knowledge を must る こ と が で き た

项目成果

自由飛行を目指した生物型飛行シミュレータの研究

以自由飞行为目标的生物飞行模拟器研究

• 发表时间: 2008
• 作者: 前田 将輝;坪田 健一;劉 浩
• 通讯作者: 劉 浩

Novel Flapping Flight Mechanisms for MAV Applications

适用于 MAV 应用的新型扑动飞行机构

• 发表时间: 2008
• 作者: 長井孝之(阪大);高谷裕浩;H. Liu and H. Aono
• 通讯作者: H. Liu and H. Aono

Flapping wings and aerodynamic Iift:the role of leading-edge vortices

扑翼和气动升力：前缘涡的作用

• 发表时间: 2007
• 期刊: AIAA JoumaI 45(2)
• 作者: W. Shyy;and H. Liu
• 通讯作者: and H. Liu

Integrated modeling of insect fiight:morphology, kinematics and aerodynamics

昆虫战斗的综合建模：形态学、运动学和空气动力学

• 发表时间: 2007
• 作者: 中塚雄貴;高谷裕浩;林照剛;H. Liu and H. Aono
• 通讯作者: H. Liu and H. Aono

Novel MechanisMs in Insect Flight and MAV

昆虫飞行和微型飞行器的新机制

• 发表时间: 2007
• 作者: 高な;青野 光;劉 浩;H. Liu;H. Liu
• 通讯作者: H. Liu