哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 鸟类飞行的核心原理，与固定翼飞行相似，就是要有一定速度的来流，固定 翼是由发动机的牵引来维持来流，鸟类则是通过扑动时翅膀的扭转运动产生的推 力来维持的。通常来流速度越大，升力越大，这也是为什么鸟类在逆风时更容易 飞行的原因：大雁在迁徙时排成长队飞行，前边的大雁产生的加速尾流，使后边 的飞行更省力，也是这个道理。 鸟类在起飞阶段和平稳飞行时具有不同的空气动力特性。小型鸟类起飞时由 于周围流场静止，这个来流与翅膀的下扑速度相等，身体倾斜较大，翅膀扭转产 生推力作用于后下方，同时脚上还有一个弹跳动作，由于这三个力的组合作用， 鸟类得以飞行起来。鸟类起飞时还很好的利用了Wei-Fogh效应，这也是起飞时产 生较大升力的原因。大型鸟类有些区别，老鹰由于翼展很大，能够获得很大的升 力，天鹅等大形水生禽类都是要在水面上奔跑一段距离，以获得一定速度的来流 来完成起飞。平稳飞行时，身体倾斜很小，来流主要由翅膀扭转运动产生的推力 来维持，同时翅膀的下扑会产生附加来流速度，增大升力，如图2-3所示。 下扑阶段 上扑阶段 图2-3鸟类扑翼飞行机理 左边是翅膀的下扑阶段，V是前方来流速度，弦线相对来流的迎角为负，但 是相对实际来流方向即V的方向迎角为正，除来流速度外，气流相对扑翼运动有 垂直向上的速度Vom,其大小与翅膀的下扑速度相等，所以扑翼实际的相对来 流速度为V=V+Vom,方向如图所示。根据儒可夫斯基升力原理可知，作用在扑 翼上的气动力Fom与实际来流方向垂直，Fdom在竖直和水平方向上的分力FL、 FT即为扑翼所受的升力和推力。同理，上扑时，翅膀扭转向下倾斜，但是弦线相 对V的迎角为负值，如图，产生负升力和推力。实际上鸟类的上扑多为被动，主 动力很小，所以由于前方来流的作用仍可以产生一些升力，同时由于扭转效应会 产生推力。 由鸟类的运动特征可以看出，在一个周期内，下扑的时间比上扑的时间长， 具有时间不对称性。事实上，时间不对称只是相对而言，鸟类在自身的能力范围 -13-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 -13- 鸟类飞行的核心原理，与固定翼飞行相似，就是要有一定速度的来流，固定 翼是由发动机的牵引来维持来流，鸟类则是通过扑动时翅膀的扭转运动产生的推 力来维持的。通常来流速度越大，升力越大，这也是为什么鸟类在逆风时更容易 飞行的原因；大雁在迁徙时排成长队飞行，前边的大雁产生的加速尾流，使后边 的飞行更省力，也是这个道理。 鸟类在起飞阶段和平稳飞行时具有不同的空气动力特性。小型鸟类起飞时由 于周围流场静止，这个来流与翅膀的下扑速度相等，身体倾斜较大，翅膀扭转产 生推力作用于后下方，同时脚上还有一个弹跳动作，由于这三个力的组合作用， 鸟类得以飞行起来。鸟类起飞时还很好的利用了 Wei-Fogh 效应，这也是起飞时产 生较大升力的原因。大型鸟类有些区别，老鹰由于翼展很大，能够获得很大的升 力，天鹅等大形水生禽类都是要在水面上奔跑一段距离，以获得一定速度的来流 来完成起飞。平稳飞行时，身体倾斜很小，来流主要由翅膀扭转运动产生的推力 来维持，同时翅膀的下扑会产生附加来流速度，增大升力，如图 2-3 所示。 下扑阶段 上扑阶段 V∞ V V∞ V FT FL F F FT FL Vup Vdown 图 2-3 鸟类扑翼飞行机理 左边是翅膀的下扑阶段，V∞是前方来流速度，弦线相对来流的迎角为负，但 是相对实际来流方向即 V 的方向迎角为正，除来流速度外，气流相对扑翼运动有 一垂直向上的速度 Vdown，其大小与翅膀的下扑速度相等，所以扑翼实际的相对来 流速度为 V=V∞+Vdown，方向如图所示。根据儒可夫斯基升力原理可知，作用在扑 翼上的气动力 Fdown 与实际来流方向垂直，Fdown 在竖直和水平方向上的分力 FL、 FT 即为扑翼所受的升力和推力。同理，上扑时，翅膀扭转向下倾斜，但是弦线相 对 V 的迎角为负值，如图，产生负升力和推力。实际上鸟类的上扑多为被动，主 动力很小，所以由于前方来流的作用仍可以产生一些升力，同时由于扭转效应会 产生推力。 由鸟类的运动特征可以看出，在一个周期内，下扑的时间比上扑的时间长， 具有时间不对称性。事实上，时间不对称只是相对而言，鸟类在自身的能力范围