請用此 Handle URI 來引用此文件：
http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/48298完整後設資料紀錄
| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 張建成 | |
| dc.contributor.author | Hsiao-Shuo Hu | en |
| dc.contributor.author | 胡校碩 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-06-15T06:51:43Z | - |
| dc.date.available | 2013-02-20 | |
| dc.date.copyright | 2011-02-20 | |
| dc.date.issued | 2011 | |
| dc.date.submitted | 2011-02-14 | |
| dc.identifier.citation | 1. Anderson, J. D., Jr. Fundamentals of Aerodynamics, 3rd Edition.
2. Aono, H. , Liang F. and Liu H. (2008). Near- and far-field aerodynamics in insect hovering flight: an integrated computational study. J. Exp. Biol. 211, 239-257. 3. Birch, J. M. and Dickinson, M. H. (2003). The influence of wing-wake interactions on the production of aerodynamic force in flapping flight. J. Exp. Biol. 206, 2257-2272. 4. Birch, J. M. and Dickinson, M. H. (2001). Spanwise flow and the attachment of the leading-edge vortex on insect wings. Nature 412, 729-733. 5. Bos, F. M., Lentink, D., Van Oudheusden, B. W. and Biji, H. (2008). Influence of wing kinematics on aerodynamics performance in hovering insect flight. J. Fluid Mech. 594, 341-368. 6. Chang, C. C. (1992). Potential flow and forces for incompressible viscous flow. Proc. R. Soc. A 437, 517-525. 7. Chang, C. C. and Chern, R. L. (1991). A numerical study of flow around an impulsively started circular cylinder by a deterministic vortex method. J. Fluid Mech. 233, 243-263. 8. Chang, C. C., Yang, S. H. and Chu, C. C. (2008). A many-body force decomposition with applications to flow about bluff bodies. J. Fluid Mech. 600, 95-104. 9. Dickinson, M. H. (1994). The effects of wing rotation on unsteady aerodynamic performance at low Reynolds numbers. J. Exp. Biol. 192, 179-206. 10. Dickinson, M. H., Lehmann, F. O. and Sane, S. P. (1999), Wing rotation and the aerodynamic basis of insect flight. Science 284, 1954-1960. 11. Ellington, E. P. (1984). The aerodynamics of hovering flight. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 305,1-181. 12. Fry, S. N., Sayaman, R. and Dickinson, M. H. (2003). The aerodynamics of free-flight Maneuvers in Drosophila. Science 300, 495-498. 13. Fry, S. N., Sayaman, R. and Dickinson, M. H. (2005). The aerodynamics of hovering flight in Drosophila. J. Exp. Biol. 208, 2303-2318. 14. Hsieh, C. T., Chang, C. C. and Chu, C. C. (2009). Revisiting the aerodynamics of hovering flight using simple models. J. Fluid Mech. 623, 121-148. 15. Hsieh, C. T., Kung, C. F., Chang, C. C. and Chu, C. C. (2010). Unsteady aerodynamics of dragonfly using a simple wing-wing model from the perspective of a force decomposition. J. Fluid Mech. 663, 233-252. 16. Landau, L. D. and Lifshitz, E. M. Fluid Mechanics. 1959. 17. Liu, H. and Aono, H. (2009). Size effects on insect hovering aerodynamics: an integrated computational study. Bioinsp. Biomim. 18. Mueller, T. J. and DeLaurier, J. D. (2003). Aerodynamics of small vehicles. Annu. Rev. Fluid Mech. 35, 89-111. 19. Ramamurti, R. and Sandberg, W. C. (2002). A three-dimensional computational study of the aerodynamic mechanisms of insect flight. J. Exp. Biol. 205, 1507-1518. 20. Sane, S. P. (2003) The aerodynamics of insect flight. J. Exp. Biol. 206, 4191-4208. 21. Sane, S. P. and Dickinson, M. H. (2001). The control of flight force by a flapping wing: lift and drag production. J. Exp. Biol. 204, 2607-2626. 22. Shyy, W., Aono, H., Chimakurthi, S. K., Trizila, P., Kang, C.K., Cesnik, C. E. S. and Liu, H. (2010). Recent progress in flapping wing aerodynamics and aeroelasticity. Progress in Aerospace Science 46, 284-327. 23. Shyy. W., Lian, Y.S., Tang, J., Viieru, D. and Liu, H. Aerodynamics of low Reynolds number flyers. 1st published (2008) 24. Sun, M. and Tang, J. (2002) Lift and power requirements of hovering flight in Drosophila virilis. J. Exp. Biol. 205, 2413-2427. 25. Sun, M. and Wu, J. H. (2003). Aerodynamic force generation and power requirements in forward flight in a fruit fly with modeled wing motion. J. Exp. Biol. 206, 3065-3083. 26. Wang, Z. J. (2000a). Vortex shedding and frequency selection in flapping flight. J. Fluid Mech. 410, 323-341. 27. Wang, Z. J. (2000b). Two dimensional mechanism for insect hovering. Phys. Rev. Lett. 85, 2216-2219. 28. Wang, Z. J., Birch, M. B. and Dickinson, M. H. (2004). Unsteady forces and flows in low Reynolds number hovering flight: two-dimensional computations vs robotic wing experiments. J. Exp. Biol. 207, 461-474. 29. Willmott, A. P. and Ellington C. P. (1997). The mechanics of flight in the hawmoth Macduca Sexta, I. Kinematics of hovering and forward flight. J. Exp. Biol. 200, 2705-2722. 30. Wu, J. H. and Sun, M. (2004). Unsteady aerodynamic forces of a flapping wing. J. Exp. Biol. 207, 1137-1150. 31. 楊適壕 (2007) '多體力源理論及其應用'，國立臺灣大學應用力學研究所博士論文（指導教授：張建成、朱錦洲）。 32. 謝政達 (2009) '以力元理論之觀點剖析昆蟲飛行的氣動力機制'，國立臺灣大學應用力學研究所博士論文（指導教授：張建成、朱錦洲）。 33. 飛行的奧祕 (2006) 多爾頓(Stephen Dalton)著，譯者：蔡承志。 | |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/48298 | - |
| dc.description.abstract | 本論文藉由比較三種不同的果蠅振翅運動模式：(1)真實運動模式(以下簡稱RM)、(2)簡諧運動模式(以下簡稱SHM)、(3)真實運動中沒有垂直位移的運動模式(以下簡稱RNV)，以揭開果蠅在爬升飛行時展現出高升力、低阻力與低耗能的奧秘。其中RM 為Fry 團隊(2005)利用紅外線高速攝影機拍攝黑腹果蠅飛行並擷取出的翅膀拍動軌跡，SHM 與RNV 則為兩種自訂運動模式以用來輔助分析RM 模式的優點。本論文以二維數值方法求解果蠅不同運動模式的流場行為，並依據張建成教授(1992)提出的力元理論，將流場中渦度區對升、阻力的貢獻量化呈現，藉此了解昆蟲振翅時產生的非定常流場結構對於翅膀受力的貢獻。力元理論引入輔助勢流將物體受力分解成受物體運動(速度與加速度)所造成的附加質量力成份，還有受翅膀周圍流場的體渦度力成份與物體表面渦度力成份，尤其構成體渦度力的元素可用來定量每一具渦度之流場結構對物體之貢獻，突破傳統上僅能以表面壓力與摩擦力分析或判斷物體受力情形。
大體而言，RM 於拍動平面的平移類似弦波，但轉動攻角在拍動初期有高加速行為，相較於SHM 的優勢為：使翅膀較為均勻受力與並大幅減低震盪阻力。RM 的另一特色為具有垂直於拍動平面的位移，使翅膀以U 字型的軌跡往復拍動，但平均垂直速度僅為水平速度的1/4。儘管如此，RM 相較於RNV 的仍具有優勢：垂直位移可以調整翅膀的入流攻角，並且避開前方尾流渦使得翅膀前、後緣產生的起始渦維持高升力，因此RM 受到的升力較RNV 高出許多。本文詳細的數值計算結果可歸納整理如下：在雷諾數為110 的低雷諾數流場中，SHM、RM 與RNV 於一撲拍週期內獲得的週期平均升力係數值分別為0.826、0.836 與0.764；而週期平均阻力係數值分別為1.327、0.712 與0.836。真實果蠅飛行RM 相較於過去常用來模擬昆蟲撲翅的SHM 模式，所獲得的升力相差無幾，但卻僅受到一半的震盪阻力。從力元的觀點分析，以RM 的模式拍動可以大幅減低體渦度阻力係數(SHM：0.865、RM：0.423)，而表面渦度阻力係數(SHM：0.433、RM：0.325)與加速度阻力係數(SHM：0.029、RM：-0.036)亦小幅下降。從流場渦度圖可以觀察出兩種運動模式的渦場結構截然不同，SHM 在上、下拍過程轉換時於翅膀前、後緣溢散出結構完整的高強度渦漩，此現象除了消耗許多能量外，亦會使得往復拍動的翅膀重新進入渦漩結構提高環境渦度升、阻力。然而，RM 運動模式具有垂直位移分量的特色，可以藉此調整攻角使得溢散出的渦漩結構較不完整。另外，相較於RM，RNV 模式將垂直位移分量設定為零，發現其阻力係數值略升且升力係數值略降。體渦度升力在撲拍初期明顯下降使得總升力係數為負，肇因於翅膀前緣端撞入結構完整的前方尾流渦，使得附著在翼尖上的前緣渦被破壞，是造成負升力的主要來源。此外，從週期平均的升力係數分布可瞭解到，RM 與SHM 的升力峰值發生的時機相同，然而快速轉動以及包含垂直向下平移的行為使RM在短暫的加速初期獲得較高升力，而在較長時間的平移過程峰值較低，使RM 在單一振翅過程中較SHM 更能受到均勻的升力，以維持穩定的飛行狀態。 從升阻比的表現上可知，RM 的飛行效能皆優於SHM 與RNV(SHM：0.623、RM：1.174 與RNV：0.914)。撲翅時空氣動力的阻抗使生物體所消耗的能量亦是判斷運動模式優劣的指標之一，RM 的週期平均耗功率為0.907，比SHM 的1.549 與RNV 的0.982 都來得有效率。綜合以上結果，我們瞭解到真實果蠅在爬升飛行時所採用的振翅模式為一種省力的機制並且具有高飛行效益的優點，採用力元理論分析揭示了真實果蠅藉由垂直位移調整翅膀與周圍渦流場結構的相對位置以保持合理入流攻角，在自然輕鬆狀態下振翅、維持懸停飛行的奧妙。 | zh_TW |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-15T06:51:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-100-R97543068-1.pdf: 6955231 bytes, checksum: b6f0250eedae326094f4c7045d7c0e7e (MD5) Previous issue date: 2011 | en |
| dc.description.tableofcontents | 口試委員審定書
誌謝.................................................................................................................................I 中文摘要.......................................................................................................................II 英文摘要......................................................................................................................IV 目錄..............................................................................................................................VI 圖目錄..........................................................................................................................IX 表目錄........................................................................................................................XII 第一章 導論 1-1 研究背景簡介................................................................................................2 1-2 昆蟲撲翅研究動機........................................................................................2 1-3 非定常空氣動力效應....................................................................................3 1-3-1 動態失速........................................................................................3 1-3-2 旋轉環流效應................................................................................4 1-3-3 尾流捕捉機制................................................................................4 1-4 仿生實驗與數值模擬文獻回顧....................................................................4 1-5 力元理論發展史............................................................................................6 1-6 全文概述........................................................................................................7 第二章 力元理論與控制方程式 2-1 輔助勢流......................................................................................................10 2-2 無因次控制方程式......................................................................................11 2-3 靜止流體中翅膀撲拍之力元理論..............................................................12 2-4 輔助勢流數值計算結果..............................................................................17 第三章 數值方法 3-1 網格產生......................................................................................................20 3-1-1 網格產生時間..............................................................................21 3-1-2 數值擴散......................................................................................22 3-1-3 網格品質......................................................................................22 3-2 流場計算......................................................................................................23 3-2-1 分離求解器..................................................................................23 3-2-2 空間離散......................................................................................24 3-2-3 時間離散......................................................................................29 3-2-4 壓力-速度耦合關係的處理.........................................................31 3-3 UDF介紹.....................................................................................................39 3-3-1 網格資料結構..............................................................................39 3-3-2 DEFINE巨集(DEFINE Macros).................................................42 3-3-3 使用者自訂標量(UDS)與使用者自訂記憶空間(UDM)...........44 3-3-4 UDF執行流程.............................................................................45 3-4 數值結果驗證..............................................................................................46 第四章 果蠅懸停撲翅的模擬計算 4-1 運動參數......................................................................................................48 4-2 流場參數......................................................................................................49 4-3 無因次力參數的探討..................................................................................52 4-3-1 比較SHM VS. RM阻力係數......................................................52 4-3-2 比較SHM VS. RM升力係數......................................................56 4-3-3 比較RM VS. RNV阻力係數......................................................60 4-3-4 比較RM VS. RNV升力係數......................................................63 4-4 SHM、RM & RNV綜合比較.....................................................................68 4-5 雷諾數.........................................................................................................72 第五章 結論與未來展望 5-1 結論.............................................................................................................75 5-2 未來展望.....................................................................................................78 附錄A..........................................................................................................................81 參考文獻....................................................................................................................110 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 體渦度 | zh_TW |
| dc.subject | 力元理論 | zh_TW |
| dc.subject | 黑腹果蠅 | zh_TW |
| dc.subject | surface vorticity | en |
| dc.subject | ascending | en |
| dc.subject | Drosophila | en |
| dc.subject | RNV | en |
| dc.subject | SHM | en |
| dc.subject | RM | en |
| dc.subject | hovering | en |
| dc.title | 果蠅撲翅運動之仿生模擬與力元分析 | zh_TW |
| dc.title | Analyzing aerodynamics of hovering Drosophila with different models from the perspective of force decomposition | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 99-1 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 朱錦洲,郭志禹,謝政達 | |
| dc.subject.keyword | 黑腹果蠅,力元理論,體渦度, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | Drosophila,ascending,hovering,RM,SHM,RNV,surface vorticity, | en |
| dc.relation.page | 113 | |
| dc.rights.note | 有償授權 | |
| dc.date.accepted | 2011-02-15 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 應用力學研究所 | |
文件中的檔案：
| 檔案 | 大小 | 格式 | |
|---|---|---|---|
| ntu-100-1.pdf 未授權公開取用 | 6.79 MB | Adobe PDF |
系統中的文件，除了特別指名其著作權條款之外，均受到著作權保護，並且保留所有的權利。