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以數值模擬探討翅膀彈性效應對昆蟲懸停振翅升力的影響

為了解決air force變形蟲黑的問題，作者王勵 這樣論述：

本文主要以數值模擬的方式來探討翅膀的彈性對昆蟲在空中懸停振翅所獲得升力的影響效應。為了簡化分析，本研究將流場運動方程式設成二維，並且以沉浸邊界法來處理流場中因固體邊界運動所產生的移動邊界狀況。由於昆蟲翅膀的厚度可忽略，因此對於二維流場而言昆蟲的翅膀可視為一具彈性的線段。為了考量昆蟲翅膀於拍翅時所呈現的大變形姿態，本研究以樑的幾何非線性運動方程式來模擬翅膀的變形。而流體與固體間的運動方程式則分別以適當的數值法，並藉以流固耦合模式求得交互作用下的數值解。本文同時考慮了流場為低雷諾數(Re="100" )以及高雷諾數(Re="1000" )兩種情形下翅膀不同撓性剛度對拍翅升力的影響，並運用基本力學

概念來解釋不同彎曲形變的翅膀與渦流流場間的相互作用，最後並求得具最佳升力的翅膀撓性剛度。本研究證實渦流捕捉現象對於提升翅膀升力有著至為關鍵的影響，特別是在高雷諾數情形下。本文亦揭露了翅膀藉由適當的撓性剛度及慣性分布可形成高效的渦流捕捉機制，因而提高了翅面上的升力。本研究關於提高拍翅升力機制的探討及結論未來可作為微型飛行器或機械昆蟲在氣動力學上的設計參考依據。

拍翼微飛行器升力之數值與實驗研究

為了解決air force變形蟲黑的問題，作者馮愛蓮 這樣論述：

為了探討拍翼產生的非定常態空氣動力機制，本文針對淡江微型拍翼飛行器（FWMAV）「淡江金探子」系列的升力，進行了較為全面的數值與實驗研究。 第一種方法是20 cm翼展「淡江金探子」之二維準定常態拍翼的運動學研究。其中可變形機翼的運動學實驗資料轉換為不同時間的有效攻角，並通過勢流理論計算出變形後機翼的升力係數值變化。在此，分析並描繪出機翼軌跡以及下行程和上行程拍翼運動的升力向量，初步顯示二維準定常態分析不足以充分描繪拍翼流場之全貌。第二種方法是進行「淡江金探子」在風洞中之三維流場CFD模擬。藉由數值和實驗升力數據的比較，希望顯示Dickinson升力機制中的平移和旋轉升力現象。比較包括將

3D翼面上產生的流線與之前的煙跡實驗數據進行比對，觀察到反向Kármán渦街，發現結果定性一致；使用3D立體攝影和COMSOL Multiphysics模擬對拍翼的動態運動進行比較，結果亦定性一致，然而CFD模擬已疲於描述拍翼行程轉換之轉翼現象；與風洞力規升力訊號比較，亦顯示初步的三維CFD模擬，還有改善空間，或者需要類似PIV三維流場觀測之協助。第三種方法是在PIV量測之外創新利用肥皂膜觀察10 cm翼展拍翼MAV「微型金探子」流場，量化出非定常下洗流的數值。拍翼機採用正交方式穿過皂膜，該皂膜色彩圖像特徵具有拍翼流場特殊的物理意義。根據質量守恆定律以及高斯定律，推導出皂膜的顏色或厚度場與拍翼

穿突皂膜引起的3D下洗流的定量關係。透過編寫MATLAB程式將標準波長圖表中的紅-綠-藍（RGB）顏色值與高速攝影機記錄下的拍翼皂膜彩色圖像進行比對，成功將色彩場轉換為皂膜厚度場，以及相關之時變下洗值與升力變化，涵括了平移升力與旋轉升力機制；皂膜下洗值約為風洞力規升力訊號數據之66%，且變化趨勢一致。拍翼流場是具有多個物理耦合的力學領域。由於機翼隨著時間的往復拍動並旋轉扭曲，因此對於這種可撓翼之移動邊界流動問題，本文上述三項工作成果有助於解釋升力的產生機制，從而提供設計開發拍翼機重要的參考。