http://www.physorg.com/news173545978.html
By Lauren Gold, September 30th, 2009
(PhysOrg.com) -- 根據康乃爾大學的新研究，經最佳化的拍動翅膀實際上所需要的力量，在小規模時，較其最理想的穩定飛行對應物（steady-flight counterpart）少 27%。
在尋找更好的飛行方式時，研究者常考量這個問題：那種系統會更好 -- 鳥類與昆蟲的拍動翅膀（flapping wings）或是你普通 747 客機的固定機翼？
這答案依賴一堆變數，包括物體的大小與飛行的類型。如果機動性是目標，那麼鳥類與昆蟲似乎擁有優勢。當效率至上時，絕大部份的航空學工程師會同意，固定機翼的飛機是最聰明的設計。
但根據康乃爾的一項新研究，最佳化翅膀實際所需要的力量，在小規模時較其最理想的固定飛行對應物少 27%。
這項研究，由理論與應用機械學教授 Jane Wang 以及畢業生 Umberto Pesavento 所完成，發表在 9/11 當期的 Physical Review Letters (103:11:118102) 上。
為了尋找最理想動作（motion）與翅膀方向的組合，研究者在二維中分析某一組拍動動作及其空氣動力學尾流（aerodynamic wake，尾波）之間的交互作用。那組拍動動作將果蠅尺寸的翅膀當成模型使用，特性與那些在空中盤旋的昆蟲身上所觀察到的類似。
在三維中對這些系統進行這類計算，每次試驗在絕大部份的電腦上，將需要多個小時的時間，使得在無限種可能性中找出一種最佳條件，變成不可能的任務，Wang 說。
"我們想儘可能包含更多種可能性，這樣我們才不會錯失好的解，但我們無法包含每樣東西，因為那將是不可能的事，" Wang 說。
對於固定翅膀的情節，最佳條件在某一特定攻角（angle of attack）出現。因此，乍看之下，拍動飛行似乎較無效率，因為翅膀必定會自最佳條件的狀態中脫離。
建立在 Wang 先前對於昆蟲飛行的研究上，研究者建構了一特殊的一族翅膀動作，那使他們能最佳化一系列參數，包括最佳攻角；翻轉速度、頻率以及同樣大小與具有相同支持重量的翅膀，在飛撲（pitching）與拍動間的時機。
他們發現最有效率拍動所需要的力量少於對應物的固定翅膀動作。不像簡單的正弦（或對稱的）上、下拍動動作 -- 那更常被研究，但效率少很多 -- 最有效的動作會使翅膀的攻角（接近其固定翅膀對應物的最佳角度）持續更久的時間；而且當它翻轉方向時，也會利用空氣模式（air patterns）所創造的優勢。
一個實例的發現，在其中拍動比穩定飛行更有效率，Wang 表示，證明我們對飛行效率的直覺並非一直都是對的，尤其當不穩定的空氣動力學參與其中時。
在更實用的層次上，這項研究證明，在本質上利用試誤（trial-and-error）方法改善拍動飛行設計的可能性，那通常效率不高。"試誤法對於這些問題通常很沒效率，不好的解主宰這個領域，而好的解則很少，" Wang 說。
※ 相關報導：
＊ Flapping Wing Flight Can Save Aerodynamic Power Compared to Steady Flight
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.103.118102
Umberto Pesavento and Z. Jane Wang＊ 搖擺機翼可減少排放達20%
Phys. Rev. Lett. 103, 118102 (2009) [4 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.103.118102
＊ 揭開鳥類飛行的祕密
＊ 楓樹種子與動物利用相同的飛行技巧
＊ 塑形未來-- 從睡眠到變形機翼
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創紀錄 加國大學發明拍翅飛機
中央社 2010-09-23
加拿大多倫多大學今天表示，機械工程系博士生瑞西特（Todd Reichert）發明的撲翼飛機，在持續飛行上已創下世界紀錄。
達文西（Leonardo Da Vinci）希望能以人力拍翅飛行的夢想，終為多倫多大學學生實現。
瑞西特表示，他發明的撲翼飛機持續飛行了19.3秒、145公尺，相信這是航空史上的空前紀錄。他說，長久以來，數以千計的人們曾嘗試拍翅飛行，但從來沒有人能夠達到持續飛行的目標。
瑞西特及一組機械工程系的研究生，受到達文西1485年一幅構圖的激發，研製出重量極輕的飛行機器。
瑞西特將他發明的撲翼飛機取名為「雪鳥」，並於8月2日在加拿大安大略省泰騰漢姆鎮（Tottenham）試飛。在場的還有國際航空聯盟（Federation Aeronautique Internationale）官員見證。
多倫多大學表示，他們一直等到今天才公布此一消息，是因為仍在蒐集撲翼飛機飛行資料，以便提供給國際航空聯盟。多大相信，國際航空聯盟應該會在10月份承認這次撲翼飛機所創下的多項紀錄。
瑞西特表示，撲翼飛機是最原始的飛行夢想。他說，人們在看到鳥飛行時，都會夢想能像鳥一樣振翅高飛。
瑞西特發明的撲翼飛機在飛行前，先用汽車拖著跑，至撲翼飛機升空，人力拍翅才派上用場。撲翼飛機在空中看起來像是一隻大海鳥在翱翔。
雖然撲翼飛機的翅膀展開後，和波音737飛機的翅膀相似，約有32公尺長，但整個撲翼飛機的重量只有42公斤。
瑞西特表示，撲翼飛機保持高度及速度達19.3秒，飛行了145公尺。每小時平均速度為25.6公里。
撲翼飛機有一個踏板，飛行者用腳踩一下踏板，觸動一根金屬線，飛機翅膀便會向下折。
瑞西特和他的夥伴共試飛了65次。每次失敗後，便研究改良，終於達成能夠持續飛行19.3秒的成就。
瑞西特說，用自己的力量在空中飛行，至今還讓他感覺難以相信。他說，這種感覺真是難以形容。
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