● 摘要
本文利用计算流体力学的方法研究了皱褶对昆虫翅气动力的影响：
首先，我们研究了昆虫（蜻蜓）滑翔飞行时，皱褶对翅膀气动力的影响，雷诺数范围为200至2400。我们考虑了翅膀有变形和没有变形的情况，变形只包括弯度。我们比较了皱褶翅和光滑翅的气动力，并且分析了流场和表面压力分布。结果显示：无论翅膀有变形还是没有变形，翅膀皱褶的气动作用都是减小升力，对阻力改变不大（攻角为15-25度时，升力减小了约15%；在更小的攻角下，升力减小的百分比会因为升力变小而变得更大）。当翅膀无变形时，两个原因共同造成了升力的减小：一是皱褶翅下翼面的皱褶产生了相对较强的涡，导致下翼面出现了低压区域。二是皱褶翅上翼面靠近前缘的皱褶将前缘分离的边界层向外侧推挤，使上翼面的分离泡的尺寸增加，进而导致上翼面的吸力降低，或者说是增加了上翼面的压力；弯度并没有改变皱褶翅下翼面皱褶的气动作用，但是其使翅膀前缘有效攻角减小，造成皱褶翅上翼面皱褶的气动作用不明显。
其次，我们研究了昆虫拍动飞行（悬停和前飞）时，皱褶对翅膀气动力的影响。我们同样考虑了翅膀有变形和没有变形的情况，变形包括弯度和扭转。和滑翔时一样，我们比较了皱褶翅和光滑翅的气动力、流场和表面压力分布。结果显示：在一个拍动周期中皱褶翅的气动力和气动功率随时间的变化过程都和光滑翅的十分接近。皱褶减少了气动力，但减少的程度较滑翔飞行时小（减少的气动力约为6%），对气动功率影响很小。气动力减少的主要原因和滑翔时一样：皱褶翅下翼面的皱褶产生了较强的涡，从而使得压力比光滑翅的低。皱褶的作用之所以较滑翔时的小，是因为翅膀以大攻角拍动，流动有大尺度分离，从而对翅膀表面的皱褶不敏感。
最后，我们研究了昆虫飞行时（滑翔飞行和拍动飞行），翅膀变形（弯度和扭转）和皱褶共同的气动作用，探讨了在研究昆虫翅膀气动力的时候能否用刚性平板对既有变形又有皱褶的真实翅膀进行近似。通过比较刚性平板翅和变形皱褶翅的气动力，我们发现：当昆虫拍动飞行（及以大攻角滑翔）时，变形和皱褶共同的气动作用较小，二者共同引起的气动力的变化均不超过5%。这主要是因为皱褶有不好的气动作用，变形有好的气动作用，两者的作用能够相互抵消。因此在针对昆虫拍动飞行(及大攻角滑翔)的气动力研究时可以用刚性平板对真实翅膀进行近似。