昆虫的振翅飞行原理研究进展
仿生扑翼飞行机理的分析研究与技术发展
徐州工程学院学报２００７年第４期膀各个部分的协调动作来产生有效的升力和前进力．图１鸟类内翼模型剖面图Ｆｉｇ．１Ｓｅｃｔｉｏｎｐｌａｎｅｏｆｉｎｎｅｒｗｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｂｉｒｄｓ１．２昆虫飞行机理昆虫的翅膀是类似的平面薄体结构，不能伸缩变形，不具滑翔能力，与鸟类的飞行相比有着本质的区别，只能通过高频振动和灵巧的扑翅运动产生足够升力．Ｗｏｏｔｏｎ认为昆虫飞行能力和飞行技巧的多样性大半来自于翅型多样性和微妙复杂的翅运动模式［１］．其翅膀在拍动过程中伴随着快速且多样性的运动，会产生不同于周围大气的局部不稳定气流，这种非定常空气动力学效应是研究和理解昆虫和小鸟飞行机理及其空气动力学特性进而实现仿生飞行的重要基础．随着对非定常流理论认识的加深，研究者们开始探讨非定常效应在昆虫飞行升力产生中发挥的重要作用，并采用非定常空气动力学理论解释昆虫飞行的机理．分析表明，昆虫一个周期内的扑动大体可分解为四个阶段：翅膀在上扑至顶点时翅膀旋转、下扑、下扑至最低点时翅膀旋转、上扑，图２为蜂鸟悬停飞行时的扑翼轨迹．通过探索各个运动中所涉及到的空气动力学理论，可得到几种比较具有代表性的解释昆虫扑翼产生升力的机理．图２蜂鸟扑翅过程Ｆｉｇ．２Ｆｌａｐｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｏｏｄｎｙｍｐｈ图３合拢与分开机制Ｆｉｇ．３Ｃｌａｐ—Ｆｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ１．２．１合拢与分开（Ｃｌａｐ－－Ｆｌｉｎｇ）１９７３年，Ｗｅｉｓ—Ｆｏｇｈ通过观察小黄蜂生物资料，并在仔细研究了昆虫振翅飞行生物学资料的基础上，提出了拍飞（Ｃｌａｐ－－Ｆｌｉｎｇ）机理［２］．拍飞机理可通过图３所示的模型来解释，两翅前缘在顶点处合拢，然后两翅逐渐旋转并从前缘处分开，这时两翅问夹角增大，空气流入两翅空隙中，随着两翅间夹角增大，空气流动使得翅周围形成两个旋转涡，翅表面很快形成环流．当两翅张开到一定角度时，两翅分开，各自平动，这时两翅表面各有一个边界涡，使得下拍开始时产生尽可能大的升力．该机理可以解释一部分小型昆虫产生大升力的原因，但不适用于所有昆虫，没能从根本上揭开昆虫高升力的奥秘，却促使人们真正开始用非定常效应来解释昆虫的飞行．１．２．２延时失速（ＤｅｌａｙｅｄＳｔａｌｌ）随着流体实验技术的完善，人们开始观察吊飞昆虫的翅尖轨迹及其翅膀周围的流场，发现在下拍过程中·２８·端义霞，等：仿牛扑翼飞行机理的分析研究与技术发展翅前缘产生分离的流场，称为前缘涡（ＬＥＶ），见图４．涡快速转动，造成翅上方低压，从而产生较大的升力；涡逐渐由前缘向后缘流去，升力就会迅速减小．图４下拍过程中的前缘涡Ｆｉｇ．４Ｌｅａｄｉｎｇ－－ｅｄｇｅｖｏｒｔｅｘｅｓｐｒｏｄｕｃｅｄ图５上拍产生新的前缘涡Ｆｉｇ．５Ｎｅｗｌｅａｄｉｎｇ－－ｅｄｇｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｄｏｗｎｓｔｒｏｋｅｂｙｕｐｓｔｒｏｋｅ如果前缘涡流出，失速现象将会发生．实际卜，在一个扑动周期结束前缘涡脱落时，下一周期翅膀旋转后上拍又将产生新的前缘涡，见图５．１９９６年，英国剑桥大学的Ｅｌｌｉｎｇｔｏｎ等通过对飞蛾动态比例模型的流体观察实验研究‘３“ｉ，发现翅前缘背面产生的前缘涡在昆虫翅膀下拍得整个平动过程中都不脱落，使高升力得以保持，从而揭示了延时失速（ＤｅｌａｙｅｄＳｔａｌｌ）机理．１．２．３旋转环流（ＲｏｔａｔｉｏｎａｌＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）和尾流捕获（ＷａｋｅＣａｐｔｕｒｅ）１９９９年，美国加州大学伯克利分校的Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ等为了能进一步解释昆虫产生大升力的机理，用果蝇翅的比例放大模型进行了实验研究口］，发现在翅上拍和下拍过程的开始时刻和结束时刻，分别有一个升力峰．这样，Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ将昆虫的翅拍动周期分为四个部分，两个平动部分（上拍和下拍）和两个转动部分（翅翻转），并认为昆虫飞行的高升力是通过“延迟失速”，“旋转环流”（Ｒｏｔａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）和“尾流捕获”（ｗａｋｅｃａｐｔｕｒｅ）三个机理相互作用获得的．“延迟失速”是翅平动时产生升力的机理，“旋转环流”和“尾流捕获”则是翅转动时产生升力的机理［５１：．旋转环流产生升力的机制可用马格纳斯效应（Ｍａｇｎｕｓｅｆｆｅｃｔ）阐述．翅膀在流体中同时作平动和转动，将产生类似于棒球旋转的马格纳斯效应。
《昆虫》翅膀的秘密,昆虫探索
《昆虫》翅膀的秘密，昆虫探索《昆虫翅膀的秘密，昆虫探索》在丰富多彩的自然界中，昆虫无疑是一个极为庞大且令人着迷的群体。
它们形态各异、习性多样，而其中最引人注目的特征之一，便是那薄如蝉翼却又神奇无比的翅膀。
昆虫的翅膀，看似轻巧脆弱，实则蕴含着无尽的奥秘和精妙的设计。
从功能上来说，翅膀给予了昆虫飞行的能力，让它们能够在广阔的天地间自由穿梭。
但翅膀的作用远不止于此，它还在昆虫的求偶、防御、觅食等方面发挥着关键作用。
我们先来看看昆虫翅膀的结构。
翅膀通常由几丁质构成，这是一种坚韧而轻巧的物质。
翅膀表面布满了微小的脉络，就像是精心设计的血管网络，为翅膀提供了支撑和营养传输的通道。
这些脉络的分布和排列方式，因昆虫种类的不同而各有差异。
有的脉络细密且规则，形成了美丽的图案；有的则较为稀疏，却依然能够保证翅膀的强度和灵活性。
在翅膀的边缘，往往还长有细小的毛状结构，它们可不是为了美观而存在。
这些绒毛能够感知空气的流动，帮助昆虫更好地掌握飞行的方向和速度。
就如同飞机的传感器，为昆虫的飞行提供了重要的反馈信息。
昆虫翅膀的形状也是千差万别。
有的昆虫翅膀宽大而扁平，适合在低空缓慢滑翔；有的则窄小而尖锐，能够快速地振动，实现高速飞行。
比如蝴蝶的翅膀，通常较大且色彩斑斓，它们依靠优美的滑翔姿态在花丛中翩翩起舞。
而苍蝇的翅膀则相对较小，但其振动频率极高，使苍蝇能够迅速地穿梭于各种环境之中。
翅膀的大小和比例对于昆虫的飞行能力有着至关重要的影响。
较小的翅膀意味着昆虫需要更高的振翅频率来产生足够的升力，而较大的翅膀则可以在较低的振翅频率下获得相同的效果。
但翅膀的大小并不是越大越好，过大的翅膀会增加昆虫的体重和空气阻力，反而不利于飞行。
因此，每种昆虫都在漫长的进化过程中，找到了最适合自己生存和繁衍的翅膀形态和尺寸。
昆虫翅膀的颜色和图案也是一个值得探讨的话题。
很多昆虫的翅膀上都有着精美的花纹和色彩，这些不仅仅是为了美观，更多的是为了生存和繁衍。
昆虫生物力学和仿生学的研究进展
昆虫生物力学和仿生学的研究进展昆虫是地球上最为多样化和适应性最强的生物之一，而其身体结构的精细和功能的多样性也让昆虫生物力学和仿生学成为了重要的研究领域。
近年来，随着技术和方法的不断进步，昆虫生物力学和仿生学取得了许多令人瞩目的成果。
一、昆虫运动的生物力学机制昆虫的运动主要靠肌肉的收缩和伸长来实现，而肌肉收缩的驱动系统是神经系统。
昆虫的神经系统分为中央神经系统和周围神经系统。
中央神经系统相当于昆虫的“大脑”，它主要由一些神经元组成，能够执行各种信息处理，包括感觉、反射、控制肌肉的运动等；周围神经系统由神经节和神经纤维组成，它们的主要作用是传递中央神经系统的信号，并控制昆虫肌肉的运动。
昆虫的运动受控于神经系统的调节，其运动速度、力量和协调性等都与神经的反应速度有关。
昆虫运动的性能也与其体型有很大关系，比如体型较小的昆虫如蚂蚁和蜜蜂，可能会跑得更快、飞得更高，而体型较大的昆虫如飞蛾，可能会飞得更稳、更远。
二、昆虫结构的仿生学应用昆虫的身体结构极其精细，其身体和器官的结构、功能和生理机制都具有很高的复杂性和多样性。
因此，昆虫的结构和功能也成为了仿生学的研究对象。
昆虫的翅膀、鸟的翅膀，还有飞机上的机翼，它们的形状非常相似，这是因为它们都是按照气动学原理来设计的。
通过仿生学的技术，人们可以将动物的结构和功能转化为技术的设计，为航空、航天等领域的研究带来了很大的启示。
比如，仿照蜜蜂的羽翼，研究者们制造出了一种叫做“蘑菇马达”的微型机器人，其翅膀可以像蜜蜂一样高速振动，具有很高的操控性和稳定性，可以被广泛应用于微型机器人领域。
再比如，仿照昆虫的身体表面结构，人们也研制出了一种超级润滑材料，具有优良的防污、防水性能，可以在很多领域中大量使用。
三、未来的前景和挑战昆虫生物力学和仿生学作为交叉学科，正吸引着越来越多的科学研究者的关注。
随着技术和方法的不断进步，我们可以预料到这个领域将会取得更多的突破性成果。
然而，在研究昆虫生物力学和仿生学的过程中，也面临着很大的挑战。
科学家通过蜻蜓飞行的原理
科学家通过蜻蜓飞行的原理
科学家通过研究蜻蜓飞行的原理，揭示了这一独特昆虫飞行方式的奥秘。
蜻蜓飞行的原理涉及到力学、动力学和气体力学等多个领域的知识。
首先，蜻蜓的翅膀是它飞行的关键。
蜻蜓的翅膀由透明薄膜和强韧的脉络组成，其结构轻巧而灵活。
蜻蜓的前翅与胸部连接，其运动是通过胸部肌肉的收缩和放松来实现的。
这种运动方式使得前翅可以呈现出非常复杂的运动轨迹，包括上下、前后、旋转等多个方向。
通过这种运动，蜻蜓可以产生丰富的升力和推力，实现稳定的飞行。
其次，蜻蜓飞行的动力学原理涉及到升力和推力的产生。
蜻蜓飞行时，将体重的一部分转化为升力，使得蜻蜓能够在空中悬停和飞行。
蜻蜓的翅膀通过向下击打，产生向上的升力。
同时，蜻蜓的翅膀也能够产生向前的推力，使得蜻蜓能够前进。
研究发现，蜻蜓每次翅膀的推力和阻力产生的力矩总和为零，这样可以保持蜻蜓在飞行过程中的稳定。
此外，蜻蜓飞行的原理还涉及到气体力学的知识，尤其是涡流和扑翼效应对其飞行的影响。
蜻蜓在飞行过程中，通过快速拍动翅膀，产生强烈的气流扰动。
这些扰动在蜻蜓身体周围形成了一系列的涡流，减小了空气的阻力，从而提高了蜻蜓的飞行效率。
此外，蜻蜓的翅膀能够根据飞行速度自动调整角度和形状，以适应不同的飞行条件和环境。
以上便是科学家通过研究蜻蜓飞行的原理得出的结论。
蜻蜓飞行的原理包括翅膀结构和运动方式、动力学原理、气体力学知识等多个方面。
这些研究为人类设计更高效、更稳定的飞行器提供了借鉴与启示，也丰富了我们对飞行力学的理解。
蜻蜓翅膀功能特性力学机制的仿生研究
三、仿生童装的未来展望
三、仿生童装的未来展望
随着科技的进步和研究的深入，未来的仿生童装将更加注重用户体验和智力 开发的结合。首先，通过更深入的研究和技术创新，我们可能会看到更为精细和 丰富的仿生设计。例如，通过使用先进的生物仿真材料和智能传感器，我们可以 模拟出更为逼真的自然生物的外观和行为。此外，未来的仿生童装也可能会引入 更多的互动元素和教育内容，以提供更全面的智力开发体验。
一、蜻蜓翅膀的结构特性
一、蜻蜓翅膀的结构特性
蜻蜓的翅膀结构精巧，具有以下重要特性： 1、薄壁结构：蜻蜓的翅膀壁极薄，这使得它们在飞行中可以产生向上的升力 和向前的推力。这种薄壁结构的强度和轻量化令人印象深刻。
一、蜻蜓翅膀的结构特性
2、网格状结构：蜻蜓的翅膀具有复杂的网格结构，这种结构在增加翅膀强度 和刚性的同时，也起到了重要的流体动力学作用。
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一、蜻蜓翅膀的结构特性
3、弹性变形：蜻蜓的翅膀具有一定的弹性，可以在飞行过程中进行动态变形， 从而对飞行姿态进行灵活的调整。
二、蜻蜓翅膀的功能特性
二、蜻蜓翅膀的功能特性
蜻蜓的翅膀除了具有结构特性外，还具有独特的功能特性： 1、高效能量利用：蜻蜓的翅膀具有出色的能量利用能力。它们能够在飞行过 程中有效地将太阳能转化为推进能量，这一特性在现代太阳能电池板的设计中得 到了应用。
三、仿生研究进展
3、无人机设计：无人机设计受到蜻蜓翅膀的启发，实现了无人机的高效能量 利用和高速飞行。此外，蜻蜓翅膀的弹性变形特性也在无人机的姿态调整和飞行 稳定性控制中发挥了重要作用。
三、仿生研究进展
4、生物灵感算法：仿生学家们通过对蜻蜓翅膀的功能特性的研究，开发出了 一系列生物灵感算法，这些算法在优化算法、机器学习等领域具有广泛的应用。
昆虫飞行原理
昆虫飞行原理
昆虫的飞行原理是一项复杂但高效的生物学奇迹。
它们利用了气流动力学和肌肉的协同作用来实现飞行。
首先，昆虫的翅膀是其飞行的关键。
翅膀构造轻巧且柔软，由透明而坚韧的蛋白质组成。
这种构造使得翅膀能够快速振动，并产生足够的升力来支持昆虫的身体。
昆虫的飞行过程中，翅膀的振动方式也很关键。
它们采用了交替挥动的方式，即一对翅膀在上下运动时是反向的。
这种挥动方式可以产生稳定的升力，并使昆虫保持平衡。
另外，昆虫的翅膀还可以调整其形状和角度。
通过调整翅膀的形状，昆虫可以改变所受到的气流阻力，以便更好地适应不同的飞行条件。
此外，昆虫还可以调节翅膀的角度来控制飞行方向和速度。
肌肉是昆虫飞行的另一个重要组成部分。
昆虫的胸部有一组强大的飞行肌肉，这些肌肉通过快速的收缩和放松来驱动翅膀的振动。
此外，昆虫的胸部还有一些辅助肌肉，用于控制翅膀的角度和形状。
在昆虫飞行中产生升力的基本原理与飞机类似。
当昆虫向下挥动翅膀时，翅膀和空气之间会形成一个较大的气流区域。
此时，翅膀上的压力较低，而下方的气流速度较高。
根据伯努利定律，气流速度较高的地方压力较低，从而在翅膀上产生了一个向上的升力。
总结起来，昆虫飞行的原理主要包括翅膀的振动方式、翅膀的形状和角度调整、胸部肌肉的驱动以及气流动力学原理。
通过这些生物学的适应和机制，昆虫能够实现高效、灵活的飞行。
昆虫翅膀刚度调节机制与仿生材料设计
昆虫翅膀刚度调节机制与仿生材料设计引言：昆虫翅膀的独特刚度调节机制一直以来都是生物学、力学学科的热门研究方向。
翅膀刚度直接影响昆虫的飞行能力和机体稳定性，因此，研究昆虫翅膀刚度调节机制有助于深入了解昆虫飞行的原理，并能为仿生材料的设计提供新的灵感和思路。
本文将从昆虫翅膀刚度调节机制的研究现状、影响因素以及仿生材料设计等方面进行探讨。
一、昆虫翅膀刚度调节机制的研究现状1.1. 昆虫翅膀刚度的定义及作用翅膀的刚度是指翅膀材料的弯曲抵抗能力，昆虫通过调整翅膀刚度来适应不同的飞行环境和任务。
翅膀的刚度直接影响昆虫的飞行速度、机动性以及抗风能力。
1.2. 翅膀刚度调节的生理机制目前，研究表明昆虫翅膀刚度的调节主要通过两种机制实现：肌肉驱动和翅节结构变化。
肌肉驱动机制主要指昆虫通过调节肌肉的收缩程度和频率来改变翅脉的刚度。
翅节结构变化机制主要指昆虫通过改变翅膀的形态结构，如翅脉间隔、翅脉连接方式等来调节翅膀整体的刚度。
二、影响昆虫翅膀刚度的因素2.1. 静态刚度与动态刚度的影响因素昆虫在飞行过程中，需同时满足载重能力和机动性的要求。
因此，翅膀的刚度需要根据不同的飞行状态和任务需求进行动态调节。
静态刚度主要取决于材料的刚性和形态结构，而动态刚度则受到肌肉收缩程度、肌肉频率以及翅节结构变化等因素的影响。
2.2. 基因与环境的相互作用研究显示，昆虫翅膀的刚度调节不仅受到基因的编码，也与环境因素密切相关。
环境因素包括温度、湿度、食物等，这些因素能够影响昆虫体内的生化反应，从而对翅膀刚度的调节产生影响。
三、昆虫翅膀刚度调节的仿生材料设计3.1. 仿生材料在翅膀刚度调节中的应用通过深入研究昆虫翅膀刚度调节机制，可以为仿生材料设计提供新的灵感。
研究人员可以借鉴昆虫翅膀的结构和机制，设计出具有刚度调节功能的新型材料，从而实现在空气中的高效飞行。
这样的仿生材料可以在无人机、飞行器等领域得到广泛应用。
3.2. 仿生材料设计的挑战与前景仿生材料设计面临着很多挑战，其中包括材料选择、制备工艺、精确控制等。
蜻蜓的飞行原理与应用笔记
蜻蜓的飞行原理与应用笔记一、背景介绍蜻蜓，属于昆虫纲节肢动物中的一种，拥有独特的飞行能力。
本文将介绍蜻蜓的飞行原理以及其在应用领域中的一些值得关注的方面。
二、蜻蜓的飞行原理蜻蜓的飞行原理是通过其独特的翅膀结构和高效的飞行技巧实现的。
1. 翅膀结构蜻蜓的翅膀由透明的薄膜组成，这种薄膜能够在飞行时产生大量的升力。
蜻蜓的翅膀呈现出独特的椭圆形状，这种形状使得蜻蜓在飞行时能够更好地控制飞行速度和姿态。
2. 高效的飞行技巧蜻蜓在飞行时采用了一系列高效的飞行技巧，例如：•振翅飞行：蜻蜓的翅膀可以快速地振动，产生足够的升力。
蜻蜓可以通过调整翅膀的振动频率和振幅来控制飞行速度和悬停。
•瞬时悬停：蜻蜓可以瞬间停止振翅，实现短暂的悬停。
这种技巧使得蜻蜓能够在空中固定位置觅食或休息。
•滞空飞行：蜻蜓可以利用气流和空气动力学原理，在空中滞空飞行，以保持自己的位置不动或在空中缓慢移动。
•高速飞行：蜻蜓在需要时也可以进行高速飞行，利用强劲的翅膀振动产生更大的升力和推进力。
三、蜻蜓飞行的应用蜻蜓飞行原理的独特性和高效性为一些领域的应用提供了灵感和借鉴。
1. 无人飞行器设计蜻蜓的飞行原理对无人飞行器的设计有很大的启发作用。
例如，翅膀结构和振动技巧可以应用于无人飞行器的翅膀设计，以提高其飞行效率和操控性能。
2. 微型机器人研究通过研究蜻蜓的飞行原理，科学家们可以更好地理解昆虫飞行的机理，并将其应用于微型机器人的研究与设计中。
例如，借鉴蜻蜓的翅膀结构和飞行技巧，可以开发出更小型、更灵活、更高效的微型机器人。
3. 生物力学研究蜻蜓的飞行原理也为生物力学研究提供了重要的参考。
通过观察蜻蜓的飞行姿态和飞行方式，科学家们可以更好地理解昆虫肌肉、骨骼和神经系统协同工作的机理。
四、总结蜻蜓的飞行原理是其独特的翅膀结构和高效的飞行技巧共同作用的结果。
这种飞行原理为无人飞行器设计、微型机器人研究以及生物力学研究等领域提供了有益的借鉴。
通过进一步研究和应用蜻蜓的飞行原理，可以为人们创造更多优秀的技术和产品。
趣味生物学：为什么蜜蜂可以飞行？
蜜蜂是一种令人惊叹的生物，它们能够以惊人的速度飞行。
许多人想知道它们是如何做到这一点的？趣味生物学家们正在研究这一现象。
蜜蜂的飞行是由它们的翅膀提供动力的，它们的翅膀是
具有特殊形状的，这种形状有助于它们在空气中移动。
它们的翅膀分为两部分，上部是膀臂，下部是前缘。
这样，它们能够利用上部的膀臂把空气吸进，下部的前缘则把空气推出。
这样，它们就可以利用空气的流动来飞行。
蜜蜂还可以通过空气中粘性力的作用，把它们抬高到更
高的水平，这种现象被称为空气动力学。
它们还可以利用能量转换的原理，把膀臂的运动转换成前缘的运动，这就是它们的飞行的基础。
蜜蜂的飞行技术是一个非常复杂的系统，需要精密的协
调和精确的控制。
它们的飞行能力也受到气候、风速和质量等外部因素的影响。
但是，尽管如此，蜜蜂以惊人的速度飞行，以及它们所具有的精确度，使它们在动物界中成为一个神奇的存在。
闪蝶飞行机理
闪蝶飞行机理闪蝶是一种生物，属于昆虫纲鳞翅目。
它们具有独特的飞行机理，使得它们能够在空中优雅地飞翔。
本文将以闪蝶飞行机理为标题，探讨闪蝶的飞行方式和其中的科学原理。
一、闪蝶的飞行方式闪蝶的飞行方式与其他昆虫或飞行动物有所不同。
一般而言，昆虫的飞行主要依靠翅膀的上下振动产生的升力和推力。
但闪蝶的飞行却更加复杂，它们在飞行中能够产生旋转和悬停的动作。
闪蝶的飞行方式可以分为四个阶段：起飞、加速、盘旋和降落。
1. 起飞：闪蝶起飞时，首先需要通过扇动翅膀产生足够的升力，将身体离开地面。
闪蝶的翅膀是由许多细小的鳞片构成的，这些鳞片能够在空气中产生细微的涡旋。
涡旋的形成使得空气流动更加平滑，减少了空气阻力，从而提高了闪蝶的飞行效率。
2. 加速：起飞后，闪蝶需要通过扑动翅膀加速。
闪蝶的翅膀扇动频率很高，每秒钟可以达到几十次。
而且，闪蝶的翅膀形状特殊，呈锯齿状，这种形状使得翅膀能够更好地捕捉空气，产生更大的推力。
闪蝶通过不断扑动翅膀，加速向前飞行。
3. 盘旋：在飞行过程中，闪蝶还能够实现盘旋的动作。
闪蝶的翅膀扇动不仅可以产生向前的推力，还可以产生向上的升力。
通过调整翅膀扇动的频率和幅度，闪蝶能够在空中盘旋，保持相对稳定的飞行姿态。
这种盘旋的能力使得闪蝶能够在寻找花蜜的过程中更加灵活自如。
4. 降落：当闪蝶找到合适的花朵后，它们需要降落在花朵上。
闪蝶的降落过程是一个相对缓慢的过程，它们会逐渐减小翅膀扇动的频率，减慢速度，并通过调整身体的姿态，使得身体与花朵接触。
闪蝶的翅膀扇动会产生微弱的气流，这个气流会帮助闪蝶在接触花朵的同时保持稳定的姿态。
闪蝶的飞行机理背后涉及到一系列复杂的科学原理，其中包括空气动力学、稳定性和控制等。
1. 空气动力学：闪蝶扑动翅膀时产生的气流会改变周围的气压分布。
根据伯努利定律，气流速度增加时，气压会降低。
而闪蝶的翅膀形状和扑动频率使得它们能够在空气中产生涡旋，这些涡旋能够有效地降低气压，产生升力和推力，从而使得闪蝶能够飞翔。
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昆虫的振翅飞行原理研究进展 摘要 昆虫经过漫长的进化过程，获得了令人惊叹的飞行技巧，其高度的飞行机动性令现 代飞行器黯然失色。随着非定常流理论的完善，人们逐渐认识到非定常效应在昆虫 飞行中起十分重要的作用。实验中前缘涡及其产生机制的发现为解释昆虫是如何通 过振翅产生足够的升力奠定了基础。同时，借助于电子显微镜的帮助，人们认识到 昆虫的翅上存在若干智能微结构（the smart microair vehicles）,使昆虫的翅在 振动过程中自动地变形为适当的形状。本文通过综述近几十年，国内外的研究进展 ，提出一些尚待解决的问题，希望对进一步深入的研究有所帮助。
一． 前言 昆虫经过几千万年的漫长进化过程，获得令人惊叹的飞行技巧，例如，家蝇就能在 急速飞行过程中急剧减速，悬空停住，以不超过其身长的半径转弯。昆虫这种高度 的飞行机动性早已引起人们的注意和探索，然而以前研究手段不完善，一直进展不 大。近几十年来由于非定常流理论的完善，实验和计算技术的不断发展，加之军事 上对微型飞行机械的原理的需求，这一方面的研究逐渐有了较大的发展。本文对近 几十年国内外的研究结果加以总结概括，希望对今后的研究有所帮助。
二． 昆虫的生物学概述。[1，2，3] 昆虫目是生物界最为庞大的物种之一，而能够飞行的昆虫种类占整个昆虫目的大部 分。昆虫的飞行能力使它们便于躲避敌害，远途觅食，从而在“优胜劣汰”的进化 法则下具有很大的优势。昆虫的飞行按其目的可分为迁飞（远距离迁徙）和飞翔（ 近距离飞行），昆虫在迁飞过程中表现出极好的持久性，可以持续数小时飞行；在 飞翔过程中表现出高度的灵活性。昆虫振翅飞行原理研究着重于飞行中的机动性研 究。昆虫与飞行相关的结构主要集中于翅胸节：翅胸节上着生有一对或两对翅，在 背板的带动下上下扑动，同时其余的肌肉群控制翅绕扭转轴(从翅根部向翅尖方向辐 射的某条直线)扭转，从而产生足够的升力和推力。昆虫的翅是膜质的，管状的翅脉 较硬又有一定的弹性，起支撑和加固翅的作用。昆虫的运动感受器是多种多样的。 为了控制飞行的速度和方向，以及飞行姿态，昆虫要通过改变翅的运动方式来实现 ，而某些昆虫能够通过改变自身各部分的相对位置来控制飞行，例如，对于像蜻蜓 这类昆虫，由于其腹部较长，能够弯曲甚至卷曲，因此腹节对飞行的控制也其一定 的作用。
三． 早期研究方法和主要结果 早期的研究方法主要是高速摄像或高速摄影[4，5，6，7]。对吊飞昆虫（虫体被细 线系住或置于吊飞装置上）进行高速摄影（像），拍下昆虫拍翅的过程，然后进行 图像处理和图像分析。对大量昆虫飞行的生物学观察表明：几种特定的翅的运动模 式可能有利于昆虫的飞行，但我们对其背后的力学机制了解的还很不充分。这几种 特定的翅的运动模式包括： A. 最简单的一类中，翅上下扑动，同时翅沿扭转轴扭转，使攻角迅速地改变，在翅 下拍至最低点时，翅快速地向外扭转（supinated），而在翅上抬至最高点时，翅快 速地向内扭转(pronated)。蜻蜓，黄蜂等昆虫都具有这类振翅模式。表面看来，这 种振翅模式是最简单的，但是目前为止我们对这一过程中各个控制参数（如振翅频 率，振幅等等）的作用都不了解。 B. “拍靠和剥开”和“接近拍靠和顶分剥开”(clap and fling)都是使翅拍靠或部 分拍靠，然后从翅的前缘处开始迅速分离，从而在下拍的初期获得较大的升力。昆 虫学家已经证明脉翅目，鳞翅目，半翅目，直翅目的昆虫均能够利用其中的一种。 这一类振翅模式是早期研究的重点，然而对于这种振翅模式背后的力学机制，人们 理解的还十分有限。 C. 这一类则利用了横向屈曲线（由翅前缘到后缘的膜质线），出现在下拍末期。随 翅翼的减速位于横向曲屈线外的翅尖部分内折。当下拍转为上抬时，翅急剧伸直， 外段急剧加速，从而获得较大的升力。不过，这一现象并未引起人们太多的注意， 可能由于没有应用前景，所以似乎处于空白状态。 此外，通过对图象的分析还可以求得一系列有意义的飞行参数，如振翅频率，振幅 等。常用测振翅频率的方法通常依据以下原理：当高速摄影的频率与昆虫的振翅频 率相同时，所拍得的相片上翅的相位相同，看起来翅停滞不动，此时高速摄影的频 率近似等于昆虫振翅的频率，由此可以测得昆虫的振翅频率。昆虫生理学家在这一 方面完成了许多工作[8～13]，取得了各种昆虫的飞行参数。通过对这些参数的统计 分析表明：这些参数间存在一定的关系。例如，翅的面积正比于昆虫质量的2/3次方 ，而振翅频率正比于昆虫质量的-1/4方。尽管这些结果往往较为粗糙，但仍能证明 以下事实：虽然经过上千万年的漫长进化过程，由于环境的差异导致各种昆虫彼此 的形态，大小，习性均有较大的差异，然而由于受到“振翅飞行”这一条件的限制 ，各种昆虫的身体结构，翅的形态，翅的运动模式等飞行参数必须符合一定的力学 规律。因此，掌握昆虫振翅飞行的力学原理将有助于了解昆虫的进化历程。值得注 意的是，通过图象分析所得的数据往往带有较大的误差，只能作为进一步精确实验 的基础。
四． 翅的结构在飞行中作用[14] 昆虫的翅明显不同于鸟类的翅膀，鸟类的翅膀的骨架上着生有肌肉，可以控制翅的 各部分的相对运动，昆虫的翅是膜质的，没有肌肉着生，因此控制翅的运动只能靠 翅根部的肌肉和作用于翅面上的力实现。由于昆虫的翅不具备较好的流线型，昆虫 利用滑翔飞行的时间较短。昆虫为了浮于空中必须通过不断的振翅获得升力，然而 简单的上下扑动显然是不可能产生有效的升力的，翅在扑动过程中必须扭转。昆虫 的翅很少是刚性的，往往具有一定的柔性和弹性，在振动过程中受力的作用将发生 变形，大体说来，由于空气作用于翅上的合力的作用点大致位于翅扭转轴之后，形 成对扭转轴的扭矩，而翅根部的肌肉张紧使翅内旋或外旋，因此昆虫在飞行中空气 作用于翅面上的力和翅根部肌肉的共同作用使翅呈螺旋状。不过，由于研究手段的 限制，目前我们对翅在飞行中的变形对昆虫获得升力，控制飞行是否起到不可忽视 的作用还不得而知，近几年的研究，不论试验还是计算都假定昆虫的翅是刚性，不 可变形的。 翅为了获得有效的升力，翅必须要有一定的刚度，纵向翅脉起了主要的支撑作用。 近年来由于电子显微镜的应用，对翅的微观结构有了深入的了解，人们逐渐认识到 纵脉与横脉围成的封闭方框中的膜实际上起了加固的作用，正如画框蒙上油画布可 以增大画框的刚性一样。此外，翅膜还形成了“伞状效应” ：无支撑的后部在翅展 开后被撑开而变得结实，如同雨伞被撑开一样。人们还发现某些昆虫的翅上存在智 能微结构（the smart microair vehicles）。这些结构能够保证翅在飞行中变形为 适当的形状以获得更大的升力。例如在蜻蜓的翅上存在一个三角区，可以将作用于 翅尖附近的力通过“杠杆效应”作用于翅的后部，使翅的后部向下弯曲，整个翅的 剖面呈机翼状。
五． 研究现状 传统的空气动力学不能解释昆虫为什么能够通过扑翅获得足够的升力浮于空中：按 传统空气动力学计算出来的升力远小于昆虫的重力[15~18]，因此产生了“大黄蜂飞 不起来”的谬论。随着非定常流理论的完善，人们逐渐认识到非定常效应在昆虫的 飞行升力产生起重要作用。 为了解释昆虫振翅飞行的升力之谜，T.Weis-Fogh在仔细研究昆虫振翅飞行的生物学 资料的基础上，提出了Clap-Fling机制[19]。所谓的Clap-Fling指的是：昆虫的一 对翅上抬至最高点，两翅面保持对应翅脉平行地和在一起（即Clap），然后从翅前 缘（the leading-eadge）绕翅后缘(the trailing-eadge)快速的剥开。当两翅面张 开到一定程度时，两翅面彻底分开，分别继续作平动。出于理论分析和实验上的考 虑，这种运动引起的流动被简化二维流动。右图是这种运动的示意图：开始阶段两 翅面靠在一起（fig.1.a），然后两翅面以某一角速度绕后缘匀速转动（fig.1.b） ，翅间的张角增大，空气挤入两翅面所张开的区域中。当两翅面张开的角度增大到 一定值时（通常认为是π/3）两翅面脱离接触(fig.1.c)，各自以常速度平动(fig. 1.d)。M.J.Lighthill在二维无粘假设下从理论上采用复变函数的方法求得了此问题 的分析解[20]。然而由于在他的模型中没有考虑涡的分离，导致所求得的解关于π /2对称。这显然是不合理的。针对Lighthill的理论解所出现问题，H.K.Edwards和 H.K.Cheng提出了他们的二维无粘涡脱落模型（the seperation-vortex model） [21]，所得到的理论解克服了前者的对称性，更符合实际情况。实验方面，T.Maxwor thy 和G..R.Spedding分别完成了相似的二维流动实验[22,23]，其结果大致上验证 了理论上的解析解（fig.2是这一过程中的某一时刻的流场）。 试验中观察到的新的现象归纳起来主要有： ①． 昆虫依靠clap-fling机制所能够获得的升力大小依赖于翅张开的角速度和角加 速度，但与初始时两翅面张开的角度α0大小无关。初始张角显著的影响翅从张开到 两翅面脱离接触所需要的时间，尤其是当α0≈0时，随着α0的减小，翅张开所需要 的时间显著增加。 ②． 在理论分析中，一般假定涡核是圆形，但是在试验中观察到翅尖附近的涡核呈 现明显的椭圆形，其长轴平行于翅弦方向。随着两翅面间夹角的增大，涡核半径增 大，即涡量发生扩散。 Ellington在1984年曾经初步讨论过clap-fling机制的三维效应，翅弹性的影响。直 至目前为止，关于关于这一方面的研究还不彻底，特别是需要将数值计算的方法引 入其中。此外，需要指出的是：并非所有的昆虫都可以利用这一机制，翅展较大的 昆虫有可能更多的利用其他的振翅模式。 利用流体实验技术人们首先观察了吊飞昆虫周围的流场，发现在昆虫翅下拍过程中 翅面上方将产生前缘涡（the leading-edge vortex）。由于涡位于翅上方将产生一 个低压区，因此有利于产生较大的升力。此时对于前缘涡的产生机理，以及其具体 的作用还不是十分了解。后来C.P.Ellington等人完成的实验显示出[24]：下拍过程 中实际上产生两个前缘涡（the leading-edge vortex）。在下拍的开始阶段由于翅 快速地绕扭转轴向内扭转(pronated)，从而产生了第一个前缘涡，这种机制被成为 the rotational mechanism。这个涡当翅向内扭转结束后就脱落掉。在下拍的余下