本书以仿生流体动力学为背景，侧重拍动翼动力学分析与仿生应用，对拍动翼的高雷诺数运动的动力学原理与特性进行研究。本书梳理拍动翼应用的历史与现状，从人类仿鸟飞行、仿鱼游动的实际案例出发，分析生物飞行或者游动的特点，采用计算流体力学方法研究拍动翼的非定常流动，对简化的拍动翼运动进行了深入分析，揭示了拍动翼产生推力或升力的机理与特性，特别分析了翼近水面效应及串列拍动翼的涡-翼干扰特性。
本书讨论了拍动翼力学原理的应用案例，将原理分析与创新设计结合，理论联系实践。从生物拍动到仿生流体动力学模型，再从力学分析到基于拍动翼相关装备的概念设计，可为新型仿生装备的开发提供理论上的支持，也可启发研究人员创新思路。
《博士后文库》序言
自序
前言
章 绪论
1.1 拍动翼的研究意义
1.2 古代拍动翼仿生的探索与应用
1.2.1 我国古代飞行的例证
1.2.2 早期的飞行事故与警示
1.3 当代拍动翼研究经典实例
1.3.1 拍动鳍的水下推进
1.3.2 仿生拍动翼飞行器研究
1.4 当前拍动翼动力学研究与挑战
1.5 本书的主要内容
第2章 生物运动器官构造与拍动翼运动特点
2.1 水游类生物的鳍构造与运动特点
2.1.1 鱼身与鱼鳍构造
2.1.2 鱼运动分类与运动规律
2.2 飞行类动物翼的构造与特点
2.2.1 鸟类的特点
2.2.2 蝙蝠
2.2.3 昆虫类翼的特点
2.3 拍动翼仿生的问题与挑战
第3章 拍动翼的流体动力学模型
3.1 机翼分析理论简介
3.1.1 势流理论方法
3.1.2 黏性流体力学方法
3.2 坐标系与拍动翼的运动描述
3.2.1 单个拍动翼的运动方程
3.2.2 并列双翼的运动方程
3.2.3 串列拍动翼运动描述
3.2.4 有效攻角与运动模式
3.3 基于理想流体力学的边界元分析
3.3.1 单个拍动翼的控制方程与边界值问题
3.3.2 双拍翼的边界积分方程
3.3.3 拍动翼的首缘涡分离的考虑
3.3.4 边界元数值计算结果的验证
3.4 基于黏性流体力学的数值计算
3.4.1 控制方程
3.4.2 单拍动翼的CFD网格与算法选择
3.4.3 串列翼的网格与算法选取
3.4.4 重叠网格技术
第4章 拍动翼的推进动力学分析
4.1 单个拍动翼的推进性能
4.1.1 机翼定常运动分析
4.1.2 推进运动模式
4.1.3 制动模式
4.1.4 飞行模式
4.2 拍动翼的自由面效应
4.2.1 机翼的自由面效应及辐射、绕射水动力学分析
4.2.2 水翼在浅水域的兴波与水动力
4.2.3 拍动翼在波浪中的推进性能分析
4.3 双拍动翼的推进性能
4.3.1 串列拍动翼的推进性能与涡干扰
4.3.2 对拍双翼的推进特性分析
第5章 拍动翼的能量采集特性
5.1 单个拍动翼的能量采集性能分析
5.1.1 拍动翼势流理论分析
5.1.2 拍动能量采集的涡分离与CFD模拟
5.1.3 拍动翼实验研究
5.2 自由面及水底效应
5.2.1 自由面效应
5.2.2 底部壁面效应
5.2.3 浅水域水深的影响
5.3 双翼能量采集与涡干扰特性
5.3.1 双翼并列布置的水动力干扰
5.3.2 串列拍动翼的能量采集与涡干扰
5.3.3 串列拍动翼的CFD数值模拟与边界元方法计算的比较
第6章 拍动翼在工程中的应用
6.1 拍动翼装备的设计
6.1.1 总体框架与造型
6.1.2 运动机构形式
6.2 基于拍动翼的新概念设计
6.2.1 仿生拍动翼推进的水下航行器概念设计
6.2.2 内河船舶的对拍翼推进
6.2.3 长航程拍动翼飞行器
6.2.4 助推减摇阵列翼
6.2.5 蛙人助推器
6.2.6 仿生海龟
6.2.7 柔性波动翼推进的仿生乌贼
6.2.8 仿生海鸥
6.2.9 仿蜻蜓飞行器
6.2.10 联轴拍动翼的能量采集方案
6.2.11 轨道控制攻角的垂直轴轮机
6.2.12 串列拍动翼轮机设计
参考文献
编后记
