● 摘要
昆虫在飞行方面展现出的独特优势令研究者们从一个世纪以前便开始了对其飞行机理的探究。1997年“微型飞行器”概念的提出再度让昆虫扑翼飞行成为研究热点。在昆虫扑翼飞行的相关研究中，蜻蜓一直因其独特的生理结构和优异的飞行技能被视为重要的研究模本。本文针对蜻蜓扑翼飞行的空气动力学研究，发展了相应的实验观测、运动学参数测量和数值模拟方法。本文搭建了包含两台高速摄像机的实验观测系统，两台摄像机呈光轴正交放置，通过事先对摄像机进行建模和标定实现了对图像特征点三维重构的批量处理；利用棋盘标定板对三维重构方法进行验证，其最大绝对误差仅为1.134mm。蜻蜓扑翼飞行数值模拟研究采用浸入式边界方法，边界处理采用具有接近二阶精度的一维线性插值方法；通过静止圆柱绕流，振荡圆柱和蜻蜓反相扑翼运动三个典型算例对算法的可靠性进行验证，并与其它数值和实验研究对比，均获得了一致的结果。本文还对一组蜻蜓起飞过程图像序列进行了运动学参数测量，发现蜻蜓起飞过程是不同于悬停或普通前飞的一种独特的飞行状态，其拍动频率、拍动幅值等运动学参数在起飞过程中变化很大，鉴于蜻蜓在起飞时表现出的优异加速性能，有必要对该过程开展更为全面和深入的研究。