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The Aerodynamic Origin of Abrupt Thrust Generation in Insect Flight (Part 2: Study on Primary Aerodynamic Parameters)

곤충비행에서 갑작스러운 추력발생의 공기 역학적 원인 Part 2: 공기역학적 주요 변수에 대한 연구

  • 이정상 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 김진호 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 김종암 (서울대학교 기계항공공학부)
  • Published : 2007.01.31

Abstract

Numerical results from the "figure-of-eight" motion of Phormia-Regina in Part 1 indicate that vortical structure and vortex dynamics do play a critical role in lift and thrust generation. The aerodynamic force generation of insects' wing could be governed by aerodynamic parameters such as Reynolds number; kinematic parameters such as frequency, amplitude, and component of the figure of eight motion; and morphological parameters such as wing shape and the number of wing. In the present work, the effects of Reynolds number, reduced frequency and motion component are investigated in detail to clarify aerodynamic characteristics of insect wing. Through numerical results and their physical interpretation, the mechanism of aerodynamic force generation is presented more clearly. Rotation turns out to be the most important component in thrust generation and subsequent counterclockwise rotational circulation is closely related with thrust generation.

Part 1에서 수행된 검정금파리의 “8자 운동”에 대한 해석결과는 와류들이 양력과 추력발생에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 곤충날개에서 발생되는 공기역학적 힘은 레이놀즈수와 같은 공기역학적 요소와 더불어 진동수, 운동진폭, 운동성분 등과 같은 운동학적적 요소들 또 날개의 형태 및 개수등과 같은 형태학적 요소들에 따를 것으로 생각된다. 본 연구에서는 레이놀즈수, 진동수 그리고 운동성분에 따른 양력과 추력발생을 고찰함으로써 이들이 공기역학적으로 어떤 영향을 미치는가를 조사하였다. 이로써 part 1의 결과를 물리적으로 좀 더 상세하게 설명할 수 있는 근거를 찾고자 하였다. 해석결과 “8자 운동”을 구성하는 운동성분 중 회전운동이 추력발생에 지배적인 역할을 하고 있었으며, 또한 추력발생은 반시계 방향의 회전순환과 깊은 관련이 있었다.

Keywords

References

  1. Lehmann, F., 'The Mechanism of Lift Enhancement in the Insect Flight', Naturwissenssenschaften, Vol. 91, 2004, pp. 101-122 https://doi.org/10.1007/s00114-004-0502-3
  2. Birch, J. M., Dickson, W. E., and Dickinson, M. H., 'Force Production and Flow Structre of Leading Edge Vortex on Flapping Wings at High and Low Reynolds Numbers', J. Exp. Biol. Vol. 207, 2004, pp. 1063-1072 https://doi.org/10.1242/jeb.00848
  3. Berg, C. van dan, and Ellington, C. P., 'The Three-Dimensional Leading-Edge Vortex of a 'Hovering' Model Hawkmoth', phil. Trans.R. Soc. Land. B, Vol. 352, 1997, pp. 329-340 https://doi.org/10.1098/rstb.1997.0024
  4. 이정상, 김종암, '곤충비행의 급격한 추력발생에 관한 2차원적 연구,' 한국항공우주학회 춘계학술발표회논문집, 2006, pp. 423-426
  5. Grodnitsky, D. L., 'Form and Function of Insect Wings', The Johns Hopkins University press, 1999
  6. Dickinson, M. H., Lehmann, F., and Sane, S. P., 'Wing Rotation and the Aerodynamic Basis of Insect Flight', SCIENCE, Vol. 284, 1999, pp. 1954-1960 https://doi.org/10.1126/science.284.5422.1954
  7. Miller, L. A., and Peskin, C. S., 'When Vortices Stick: An Aerodynamic Transition in Tiny Insect Flight', J. Exp. Biol. Vol. 207, 2004, pp. 3073-3088 https://doi.org/10.1242/jeb.01138
  8. Wang, Z. J., 'Two Dimensional Mechanism for Insect Hovering', Phy. Rev. lett., Vol. 85, 2000. pp. 2216-2219 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.2216
  9. Wang, Z. J., 'Dissecting Insect Flight', Annu. Rev. Fluid Mech., Vol. 37, 2005. pp. 183-210 https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.36.050802.121940
  10. Sane, S. P., and Dickinson, M. H., 'The Control of Flight Force by a Flapping Wing: Lift and Drag Production', J. Exp. Biol. Vol. 204, 2001, pp. 2607-2626
  11. Wang, Z. J., 'The Role of Drag in Insect Hovering', J. Exp. Biol. Vol. 207, 2004, pp. 4147-4155 https://doi.org/10.1242/jeb.01239
  12. Brodsky, A. K., 'The Evolution of Insect Flight,' Oxford Univ. Press, 1994
  13. John B. Anders, 'Biomimetic Flow control', AIAA paper, 2000-2543
  14. Anderson, J. M., Streitlien, K., Barrett, D. S., and Triantafyllou, M. S., 'Oscillating foils of high propulsive efficiency', J. Fluid Mech., Vol. 360, 1998, pp. 41-72 https://doi.org/10.1017/S0022112097008392
  15. Grodnitsky, D. L., and Morozov, P. P., 'Vortex Formation During Tethered Flight of Functionally and Morphologically Two-Winged Insects, Including Evolutionary Considerations on Insect Flight', J. Exp. Biol. Vol. 182, 1993, pp. 11-40
  16. Dickinson, M. H., and Gotz, K. G., 'The Wake Dynamics and Flight Forces of the Fruit Fly Drosophila Melanogaster', J. Exp. Biol. Vol. 199, 1996, pp. 2085-2104
  17. Willmott, A. P., Ellington, C. P., and Thomas, A. R, 'Flow Visualization and Unsteady Aerodynamics in the Flight of the Hawkmoth, Manduca Sexa', Phil. Trans. R. Soc. Land. B, Vol. 352, 1997, pp. 303-316 https://doi.org/10.1098/rstb.1997.0022
  18. Birch, J. M., and Dickinson, M. H., 'The Influence of Wing-Wake Interation on the Production of Aerodynamic Force in Flapping Flight', J. Exp. Biol. Vol. 206, 2003, pp. 2257-2272 https://doi.org/10.1242/jeb.00381