Wirbel und Kräfte im biologischen Flug: Insekten, Vögel und Fledermäuse

Insekten, Vögel und Fledermäuse, die den Flug durch das Schlagen ihrer Flügel antreiben und kontrollieren, zeigen eine ausgezeichnete Flugstabilität und Manövrierfähigkeit, indem sie ihre Flügelbewegungen schnell und kontinuierlich variieren. Dieser Artikel gibt einen Überblick über den Stand der Technik der wirbel-dominierten, unbeständigen Schlageerodynamik aus der Sicht von Vielfalt und Einheitlichkeit der dominierenden Wirbel, insbesondere der relevanten physikalischen Aspekte des Flugs von Insekten und Wirbeltieren im niedrig- und mittel-Reynolds-Zahl( Re)-Regime von 10 0 bis 10 6 . Nachdem wir kurz die Flügelausbildung und Kinematik beschrieben haben, diskutieren wir die Hauptwirbel, die durch schlagende Flügel erzeugt werden, und die mit diesen Strukturen verbundenen aerodynamischen Kräfte, wobei wir uns auf die Wirbel an der Vorderkante (LEVs), die Nachlaufwirbel und die durch Flügelbewegungen über einen breiten Re-Bereich erzeugten Wirbel konzentrieren. Die LEVs werden durch dynamisches Flügelmorphing im Flug von Vögeln und Fledermäusen verstärkt, was zu einem erheblich erhöhten Wirbelauftrieb führt. Die komplexen Nachlaufwirbel sind die Spuren der Auftriebserzeugung; daher kann der zeitlich durchschnittliche Wirbelauftrieb aus den Daten der Nachlaufgeschwindigkeit geschätzt werden. Computational Fluid Dynamics-Modellierung, quasi-stationäre Modelle und Wirbelauftriebsmodelle sind nützliche Werkzeuge, um die intrinsischen Beziehungen zwischen dem Auftrieb und den dominierenden Wirbeln in den Nah- und Fernfeldern beim schlagenden Flug zu erläutern.