本项目研究昆虫悬停飞行的动稳定性和控制,为发展厘米量级的微型飞行器提供新概念。主要成果为1)通过实物观测给出了蜂蝇和食蚜蝇悬停飞行时翅膀拍动的运动学参数。2)推导了昆虫的动力学方程;其与N-S方程一起,构成昆虫运动的基本方程组。3)用"平均模型"的思想将方程简化,获得"平均模型"理论;表明了昆虫的悬停飞行是动不稳定的;导出了特征值的近似解析表达式,从而揭示了不稳定模态的物理机制。4)通过运动方程和N-S方程耦合的数值求解,获得了悬停飞行的周期解。5)用Floquet 理论分析周期解的稳定性,表明对于拍动频率低且翅膀质量大的昆虫,因身体的震荡幅度较大而震荡频率较慢,"平均模型"不适用,需用Floquet 理论。6)通过实物观测,确定了蜂蝇和食蚜蝇飞行的控制变量。7)表明了悬停飞行虽是不稳定的,但是,是可控的。8)悬停附近的前/后运动由拍动平均角控制;上/下的运动由拍动幅度或拍攻角控制;侧向运动由左右拍动幅度差动/左右翅攻角差动控制;绕垂直轴的定常转动运动主要由左右翅攻角差动控制。
英文主题词insect; hover flight; flapping motion measurement; dynamic flight stability and control