羽ばたき翼飛行のマルチスケール空気力学

扑翼飞行的多尺度空气动力学

• 批准号: 15F15061
• 负责人: 劉 浩
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15061/
• 关键词: マルチスケール生物流体力学; 生物乱流; 飛行制御; 地面効果; 昆虫羽ばたき飛行; 羽ばたきロボット; バイオミメティクス; 毛翼; タンポポ; マルハナバチ; 乱流; マルチスケール流体力学

本研究での研究業績は、下記の通りである。極めて優れた成果をあげたことを特筆したい。１）昆虫羽ばたき飛行の非定常空気力学：　スペクトル法を使用し、乱流中のマルハナバチ静止飛行を解析しその空気力学性能を評価した結果、高羽ばたき周波数の揚力発生機構が殆ど乱流に影響されない事を突き止めた。本研究成果は、Physical Review Letters 116,2016に発表している。　ショウジョウバエ離陸にも本手法を適用しその空気力学地面効果(aerodynamic ground effect)と足ジャンップ推力(leg thrust)を解析した結果、ショウジョウバエが地面効果と脚推力を使い分けしていることが分かった。本研究成果は、PlOSone 0152072, 2016に発表している。　マルハナバチ羽ばたき飛行のマルチスケール流体力学モデリングの一貫として、乱流飛行中におけるマルハナバチ羽ばたき飛行の大規模DNSシミュレーション、胴体ダイナミクス解析や飛行安定性モデルの構築を遂行し、マルハナバチの飛行制御における胴体ロール運動による受動的メカニズムを解明し、理論モデルも提案した。本研究成果はScientific Reports 6, 2016に掲載されている。２）低レイノルズ数における流体力学理論モデル：　低レイノルズ数における羽ばたき翼の簡易化モデルとして回転翼の流体力学理論モデルを構築し、前縁渦構造の新しい解析理論を提案した。本研究成果はJournal of Fluid Mechanics, 2017にアクセプトされた。３）レビュー論文：　千葉大劉研究室と、昆虫飛行のバイオメカニクスと昆虫を規範とした羽ばたきロボット関連のバイオミメティクスの現状と今後の展望と生物飛行と生物遊泳に於ける非定常生物流体力学に関する招待レビュー論文を共同執筆し、Philosophical Transactions of the Royal Society B 0390, 2016、Acta Mechanica Sinica 2017にそれぞれ発表している。

This study is about research achievements, and the following is about research achievements. The best part is that 1) Unsteady air dynamics of insect feather flight: application of the special method, analysis of static flight in turbulence, evaluation of air mechanics properties, high feather frequency wave number and lift generation mechanism, influence of turbulence on sudden events. The results of this research were published in Physical Review Letters 116, 2016. This method is applicable to the analysis of aerodynamic ground effect and leg thrust. The results of this study were published on PlOS 0152072, 2016. The fluid dynamics of flight is consistent and turbulent. The large-scale DNS system of flight is analyzed and the flight stability is analyzed. The structure of flight is constructed. The dynamic structure of flight control is analyzed and the theoretical structure is proposed. The results of this study were published in Scientific Reports 6, 2016. 2) A new analytical theory of vortex structure is proposed for the simplification of the hydrodynamic theory of the wing at low and high frequencies. The results of this study were published in Journal of Fluid Mechanics, 2017. 3) Application papers: Chiba Daiyu Research Office, Insect Flight and Insect Regulation, Current Status and Future Prospects of Insect Flight and Biological Swimming in Unsteady Biofluid Dynamics, Co-author of Philosophical Transactions of the Royal Society B 0390, 2016, Acta Mechanica Sinica 2017

项目成果

Spectral method with volume penalization for numerical simulation of flapping flight

扑动飞行数值模拟的体积惩罚谱法

• 发表时间: 2016
• 作者: Ahin Roy;Kenji Kaneko;Knut Mueller;Andreas Rosenauer;Abhishek K. Singh;and N. Ravishankar;D. Kolomenskiy
• 通讯作者: D. Kolomenskiy

Closed-form solution for the edge vortex of a revolving plate

转板边缘涡的闭式解

• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Fluid Mechanics (accepted)
• 作者: D. Chen;D. Kolomenskiy;H. Liu
• 通讯作者: H. Liu

Dr. Thomas Engels/Technische University Berlin(ドイツ)

Thomas Engels 博士/柏林工业大学（德国）

FluSI: A NOVEL PARALLEL SIMULATION TOOL FOR FLAPPING INSECT FLIGHT USING A FOURIER METHOD WITH VOLUME PENALIZATION

• DOI: 10.1137/15m1026006
• 发表时间: 2016-01-01
• 期刊: SIAM JOURNAL ON SCIENTIFIC COMPUTING
• 影响因子: 3.1
• 作者: Engels, Thomas;Kolomenskiy, Dmitry;Sesterhenn, Joern
• 通讯作者: Sesterhenn, Joern

Dr. Ramiro Godoy-Diana/ESPCI, Paris(France)

Ramiro Godoy-Diana 博士/ESPCI，巴黎（法国）