Инерционно–вихревой принцип генерации усилий на крыльях насекомых

Abstract

Исследован принцип создания подъемных сил, возникающих на крыльях насекомых. Для численного моделирования процесса броска (основной фазы механизма Вейс-Фо) применялся усовершенствованный метод дискретных вихрей (УМДВ), обобщенный для вязкой вихревой среды, и метод расчета нестационарного поля давления (обобщенная формула Коши-Лагранжа для вязкой вихревой среды). Для случаев мгновенного и плавного углового старта крыльев при числах Рейнольдса, равных 10² и 10⁶, проведены специальные исследования для выяснения вклада сил различной природы в формирование главного вектора внешних сил на крыльях. Обнаружено, что при уменьшении числа Рейнольдса вклад сил инерционной природы возрастает, вклад сил вихревой природы уменьшается, однако в случае мгновенного старта крыльев он все же может составлять две трети от всей нормальной силы в конце броска. Наоборот, при плавном старте доминируют инерционные силы, а их вклад в конце броска составляет 70%-80%. Вклад сил циркуляционной природы мал во всех случаях.

Досліджено принцип утворення підйомних сил, що виникають на крилах комах. Для чисельного моделювання процессу кидка (головної фази механізму Вейс-Фо) застосовувався удосконалений метод дискретних вихорів (УМДВ), узагальнений для в'язкого вихрового середовища, та метод розрахунку нестаціонарного поля тиску (узагальнена формула Коші-Лагранжа для в'язкого вихрового середовища). Для випадків миттєвого та плавного кутового старту крил при числах Рейнольдса, рівних 10² та 10⁶, було проведено спеціальні дослідження для з'ясування внеску сил різної природи у формування головного вектору зовнішніх сил на крилах. З'ясовано, що при зменшенні числа Рейнольдса внесок сил інерційної природи зростає, внесок сил вихрової природи зменшується, однак у випадку миттєвого старту крил він все-таки може складати дві третини від усієї нормальної сили наприкінці кидку. Навпаки, при плавному старті домінують інерційні сили, а їх внесок наприкінці кидку складає 70%-80%. Внесок сил циркуляційної природи малий в усіх випадках.

The principle of creation of the lift arising on wings of insect was investigated. The improved method of discrete vortices (IMDV) generalized for a viscous vortical medium and also a method of calculation of a non-steady field of pressure (generalized formula Cauchy-Lagrange for a viscous vertical medium) to numerical modeling process of fling (the main phase of Weis-Fogh mechanism) are applied. For cases of instant and smooth start of wings at Reynolds number equal 10² and 10⁶, for finding the contribution of forces of the various nature in formation of the main vector of external forces on wings, the special researches are carried out. It was revealed that at decreasing of Reynolds number the contribution of forces of the inertial nature grows, the contribution of forces of the vertical nature decreases, however in case of instant start of wings it can constitute two thirds of all normal force in the end of fling. On the contrary, inertial forces dominate over smooth start, and their contribution makes 70%-80% in the end of fling. The contribution of forces of the circulating nature is small in all cases.