无人机的设计源于蝴蝶研究

在一项可能有益于无人机设计的发现中，阿拉巴马州亨茨维尔大学(UAH)的一名博士生屡获殊荣的研究表明，帝王蝶的起伏飞行路径实际上比直线飞行路径更节能。

Madhu Sridhar的论文赢得了2019年AIAA大气飞行力学研究生论文竞赛，并在最近于佛罗里达州奥兰多举行的2020 AIAA科学论坛上获奖。AIAA Scitech论坛是最大的年度航空航天会议，专注于研究和技术发现。航空航天界。2020 AIAA科技论坛包括2500多个技术演讲，超过5,000名参与者。

Sridhar在UAH的自动跟踪光学测量(ATOM)实验室工作期间对帝王蝶的功耗进行了建模和分析，该实验室由机械和航空航天工程学系副教授Kang Chang-kwon Kang博士以及副研究员Brian Brianrum博士负责机械和航空航天工程系教授兼副主席。该研究得到了美国国家科学基金会的资助。

起伏的飞行轨迹消耗更少的能量这一发现在远程微型机器人的生物启发设计中可能是有价值的。

Sridhar说：“我们研究的基本目标之一是开发一种可以在君主迁徙期间飞行的无人机。” “帝王蝶每年的迁徙是昆虫中最长的。它可以长到3000公里!即使是最先进的无人机也无法表现出如此长的距离。”

来自印度班加罗尔的Sridhar说，研究人员在研究中使用了简化的分析蝴蝶模型，着重研究机翼空气动力学和机体动力学之间的动态相互作用。

他说：“本文表明该模型与实验数据相当吻合。” “我们使用运动跟踪相机在ATOM实验室中记录了一系列飞行轨迹以及帝王蝶自由飞行的机翼和身体运动。”

如果蝴蝶使用的起伏轨迹具有优势，为什么蜜蜂或苍蝇不使用它呢?

他说：“这项研究表明，在颠簸的轨迹上，机翼和机体的协调运动要求拍打机翼的功率更低。” “对于较小的昆虫来说，这种功效会降低，这可能就是为什么它们在直线轨迹上飞行的原因。”

蝴蝶是利用生物学上预定的飞行模式还是简单地随机起伏是未来研究的众多问题之一。斯里达(Sridhar)也正在研究蝴蝶如何选择飞行高度。

他说：“帝王沿着他们的迁移路线从地面飞到不同的高度，这是非常有趣的。” “我们不知道他们为什么选择更高的飞行而不是在地面高度飞行。”

科学家们推测，在更高的海拔上，减少的空气密度可能会使君主的飞行受益。

“因此，为了测试这一点，我们在UAH推进研究中心的大型真空室内进行了帝王蝶的实验，在那里我们记录了在海拔4,000米以下的低密度空气中的飞行情况，” Sridhar说。“这有助于我们观察它们的机翼和机体运动如何随着空气密度的降低而变化。”

此外，研究人员正在使用计算机模拟来研究低密度的空气如何影响帝王翅膀的灵活性。