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.2009年8月;212(第16部分):2691-704。
doi:10.1242/jeb.022251。

扑翼、旋转和平移鳍和翅膀的生物流体动力学缩放

附属公司

扑翼、旋转和平移鳍和翅膀的生物流体动力学缩放

大卫·伦廷克等。 实验生物学杂志. 2009年8月.

摘要

用鳍或翅膀游泳或飞行的生物体与周围的水和空气发生物理上的相互作用。相互作用由运动系统的形态和运动学控制,运动系统形成了Navier-Stokes(NS)方程的边界条件。这些方程代表了围绕生物体的流体的牛顿运动定律。一些无量纲数,如雷诺数和斯特劳哈尔数,测量了形态和运动学对游泳和飞行流体动力学的影响。然而,目前还没有一个连贯的理论框架来说明这种无量纲生物数是如何与NS方程联系在一起的。在这里,我们提出了一种综合方法来缩放襟翼、旋转或平移的机翼的生物流体动力学。运动系统的形态和运动学都与NS方程相耦合,通过该方程我们可以找到无量纲数,这些无量纲数表示由于机翼运动学和形态导致的流动中的旋转加速度。相应的三个无量纲数是(1)角加速度数,(2)向心加速度数,和(3)测量科里奥利加速度的罗斯比数。这些无量纲数由长度比例比组成,这有助于对其进行几何解释。这种方法对解释扑翼、旋转和平移翅膀之间性能差异的物理机制提供了基本的见解。虽然我们针对模型飞翼的特殊情况推导出了这个新框架,但该方法足够通用,可以应用于其他使用翅膀或鳍飞行或游泳的生物体。

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引用人

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