扑翼空气动力学

　　《扑翼空气动力学》涵盖了飞行动物、微型飞行器（MAV）等众多科学和工程交叉的重大问题，非常适合对小型鸟类、蝙蝠、昆虫，特别是对微型飞行器的空气动力学、结构动力学和飞行动力学感兴趣的研究者。自然飞行动物的灵活性和惊人的飞行性能意义重大，它们通过自身灵活、可变的翼结构以及出色的翼、尾和身体的协调性来实现飞行。为了设计和制造性能与自然飞行动物相当的微型飞行器，必须要先理解自然飞行动物的结构动力学和空气动力学的相互作用规律。该书的主要关注点是扑翼空气动力学的新进展。该书对低雷诺数飞行器相关的研究内容（《低雷诺数飞行器空气动力学》，史维等，2008年）进行了拓展。
　　史维博士是现任香港科技大学校长，是Clarence L.“Kelly”Johnson Collegiate杰出学者，曾任密歇根大学航天工程系主任。他编著或与他人合著了四本著作，同时也是众多杂志和会议论文的作者，他的研究内容广泛，涉及与航空航天飞行器相关的众多主题。他与杨威迦（VigorYang，佐治亚理工大学）一起担任剑桥航空航天系列丛书的主编，并担任第9卷《航空航天工程百科全书》（2010年）的总编。他获得了2003年美国航空航天协会Pendray航空航天文献奖和2005年美国机械工程师协会热传递纪念奖。他在美国国家航空航天局、美国空军研究实验室和工业部门的资助下领导了多所大学的研究中心，他的学术观点被多个媒体引用，包括《纽约时报》和《今日美国》。
　　青野光博士是日本航空航天探索局空间与宇宙航行科学研究所的科学家。他对生物空气动力学和相关的流体一结构相互作用问题研究做出了很多贡献。
　　姜昌權博士是密歇根大学博士后研究人员。他的专业知识包括微型飞行器机翼性能的分析与建模、扑翼气动弹性动力学以及其他复杂系统。
　　刘浩博士是日本千叶大学生物力学工程教授。他以对生物扑翼飞行研究的贡献而闻名，包括大量的关于昆虫空气动力学模拟和微型飞行器物理实现的原创性文献。

第1章 绪论

1.1 自然界中的扑动飞行

1.2 参数换算

1.2.1 几何相似性

1.2.2 机翼展长

1.2.3 机翼面积

1.2.4 机翼载荷

1.2.5 展弦比

1.2.6 机翼拍动频率

1.3 滑翔，前飞以及悬停的简单力学分析

1.3.1 滑翔和翱翔

1.3.2 有动力飞行：扑动

1.4 扑动所需功率

1.4.1 上下极限

1.4.2 阻力和功率

1.5 本章小结

第2章 固定刚性机翼空气动力学

2.1 层流分离和湍流转捩

2.1.1 Navier–Stokes方程和转捩模型

2.1.2 eN方法

2.1.3 算例：SD7003翼型

2.2 低雷诺数空气动力学影响因素

2.2.1 Re=103–1042.2.2 Re=104–1062.

2.3 自由来流湍流效应

2.2.4 非定常来流效应

2.3 三维机翼空气动力学

2.3.1 大迎角非定常现象

2.3.2 展弦比和翼尖涡

2.3.3 翼尖效应

2.3.4 非定常翼尖涡

2.4 本章小结

第3章 刚性扑翼空气动力学

3.1 扑翼及其运动

3.2 控制方程和无量纲参数

3.2.1 雷诺数

3.2.2 斯特劳哈尔数和减缩频率

3.3 扑翼非定常空气动力学原理

3.3.1 前缘涡（LEVs）

3.3.2 快速上仰

3.3.3 尾迹捕获

3.3.4 翼尖涡（TiVs）

3.3.5 合拢–打开机制（Clap–and–Fling）

3.4 雷诺数范围 O（102～103）的流动机理

3.4.1 运动学特性对悬停翼型的影响

3.4.2 阵风对悬停空气动力学的影响效果

3.5 雷诺数范围 O（104～105）的流动机理

3.5.1 雷诺数为60000时平板流动的轻度失速和深度失速

3.5.2 雷诺数效应

3.5.3 翼型形状效应：Sane采用的Polhamus类比法

3.5.4 二维平板和三维平板的深度失速

3.6 非静态翼型的近似分析

3.6.1前飞翼型俯仰和沉浮时的气动力估算

3.6.2 简化气动力模型

3.6.3 对部分简化模型的讨论

3.6.4 浸入在流体中的运动物体的受力换算

3.6.5 扑翼模型和旋翼模型

3.7 刚性翼飞行动物建模

3.7.1 悬停天蛾

3.7.2 悬停雀形目鸟

3.7.3 前缘涡和展向流动的雷诺数效应：悬停飞行的天蛾，蜂鸟，果蝇，以及牧草虫

3.8 本章小结

第4章 柔性机翼空气动力学

4.1 柔性翼飞行器介绍

4.2 机翼结构控制方程

4.2.1 线性梁模型

4.2.2 线性翼膜模型

4.2.3 超弹性翼膜模型

4.2.4 平板和壳模型

4.3 柔性翼缩比参数

4.4 弹性形结构和空气动力的相互耦合

4.4.1 固定膜翼

4.4.2 扑动柔性翼

4.5 柔性机翼力生成的换算参数

4.5.1 推进力和无量纲翼尖变形参数

4.5.2 昆虫大小的悬停柔性机翼的缩比和升力生成

4.5.3 能量输入和推进效率

4.5.4 换算参数对扑动柔性机翼气动性能的影响

4.6 飞行动物和柔性机翼

4.6.1 各向异性机翼结构对悬停空气动力学的影响：天蛾

4.7 蝙蝠飞行空气动力学

4.8本章小结

第5章 未来展望

参考文献

索引

　　《扑翼空气动力学》涵盖了飞行动物、微型飞行器（MAV）等众多科学和工程交叉的重大问题，非常适合对小型鸟类、蝙蝠、昆虫，特别是对微型飞行器的空气动力学、结构动力学和飞行动力学感兴趣的研究者。自然飞行动物的灵活性和惊人的飞行性能意义重大，它们通过自身灵活、可变的翼结构以及出色的翼、尾和身体的协调性来实现飞行。为了设计和制造性能与自然飞行动物相当的微型飞行器，必须要先理解自然飞行动物的结构动力学和空气动力学的相互作用规律。该书的主要关注点是扑翼空气动力学的新进展。该书对低雷诺数飞行器相关的研究内容（《低雷诺数飞行器空气动力学》，史维等，2008年）进行了拓展。
　　史维博士是现任香港科技大学校长，是Clarence L.“Kelly”Johnson Collegiate杰出学者，曾任密歇根大学航天工程系主任。他编著或与他人合著了四本著作，同时也是众多杂志和会议论文的作者，他的研究内容广泛，涉及与航空航天飞行器相关的众多主题。他与杨威迦（VigorYang，佐治亚理工大学）一起担任剑桥航空航天系列丛书的主编，并担任第9卷《航空航天工程百科全书》（2010年）的总编。他获得了2003年美国航空航天协会Pendray航空航天文献奖和2005年美国机械工程师协会热传递纪念奖。他在美国国家航空航天局、美国空军研究实验室和工业部门的资助下领导了多所大学的研究中心，他的学术观点被多个媒体引用，包括《纽约时报》和《今日美国》。
　　青野光博士是日本航空航天探索局空间与宇宙航行科学研究所的科学家。他对生物空气动力学和相关的流体一结构相互作用问题研究做出了很多贡献。
　　姜昌權博士是密歇根大学博士后研究人员。他的专业知识包括微型飞行器机翼性能的分析与建模、扑翼气动弹性动力学以及其他复杂系统。
　　刘浩博士是日本千叶大学生物力学工程教授。他以对生物扑翼飞行研究的贡献而闻名，包括大量的关于昆虫空气动力学模拟和微型飞行器物理实现的原创性文献。