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仿生撲翼運(yùn)動(dòng)的非定常流體力學(xué)

包郵 仿生撲翼運(yùn)動(dòng)的非定常流體力學(xué)

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2022-11-01
開本： B5 頁(yè)數(shù)： 252
中 圖 價(jià):¥88.5(7.5折) 定價(jià)  ¥118.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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仿生撲翼運(yùn)動(dòng)的非定常流體力學(xué) 版權(quán)信息

  • ISBN：9787030732774
  • 條形碼：9787030732774 ; 978-7-03-073277-4
  • 裝幀：一般膠版紙
  • 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
  • 重量：暫無(wú)
  • 所屬分類：>

仿生撲翼運(yùn)動(dòng)的非定常流體力學(xué) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書基于課題組前期有關(guān)仿生撲翼運(yùn)動(dòng)的研究基礎(chǔ)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的近期新研究成果，以低雷諾數(shù)中撲翼的非定常流體力學(xué)為主題編寫專著。**部分，仿生撲翼推進(jìn)運(yùn)動(dòng)分為懸停運(yùn)動(dòng)和自主推進(jìn)運(yùn)動(dòng)兩類，將圍繞著如何增加撲翼懸停和推進(jìn)的效能這個(gè)問題，詳細(xì)介紹包括合成射流、彈性變形、集群運(yùn)動(dòng)等多方面的優(yōu)化方法。第二部分，仿生撲翼能量采集系統(tǒng)分為單撲翼運(yùn)動(dòng)和多撲翼協(xié)同運(yùn)動(dòng)兩類，將圍繞著如何提高撲翼的能量采集效率這個(gè)問題，詳細(xì)介紹多種不同類型的優(yōu)化方法。

仿生撲翼運(yùn)動(dòng)的非定常流體力學(xué) 目錄

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 仿生撲翼運(yùn)動(dòng)研究現(xiàn)狀 1
1.1.1 仿生撲翼的個(gè)體推進(jìn) 2
1.1.2 仿生撲翼的集群運(yùn)動(dòng) 3
1.1.3 仿生撲翼能量采集系統(tǒng)的基本特性 6
1.2 數(shù)值模擬方法 8
1.2.1 氣體動(dòng)理學(xué)算法 9
1.2.2 浸入邊界法 16
參考文獻(xiàn) 19
第2章 撲翼的懸停和前飛運(yùn)動(dòng) 25
2.1 近壁懸停下彈性尾梢的影響 25
2.1.1 轉(zhuǎn)軸與壁面距離的影響 27
2.1.2 尾梢質(zhì)量的影響 28
2.1.3 尾梢柔度的影響 29
2.2 懸停狀態(tài)下合成射流的影響 31
2.2.1 射流傾斜角度的影響 33
2.2.2 射流相位差的影響 36
2.2.3 射流位置的影響 37
2.2.4 合成射流的作用機(jī)理 38
2.3 前飛狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)軌跡的影響 42
2.3.1 俯仰幅值和俯仰軸位置的影響 45
2.3.2 橫向運(yùn)動(dòng)對(duì)平均推力的影響 48
2.3.3 橫向運(yùn)動(dòng)對(duì)推進(jìn)效率的影響 49
2.3.4 橫向運(yùn)動(dòng)的作用機(jī)理 50
2.4 前飛狀態(tài)下合成射流的影響 55
2.4.1 射流傾斜角度的影響 56
2.4.2 射流相位差的影響 59
2.4.3 射流位置的影響 62
2.4.4 合成射流的作用機(jī)理 63
參考文獻(xiàn) 67
第3章 撲翼自主推進(jìn)運(yùn)動(dòng) 70
3.1 單自由度撲翼自主推進(jìn)運(yùn)動(dòng) 70
3.1.1 沉浮運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)的比較 72
3.1.2 沉浮俯仰組合運(yùn)動(dòng) 77
3.1.3 雷諾數(shù)的影響 83
3.1.4 沉浮與俯仰運(yùn)動(dòng)相位差的影響 85
3.1.5 俯仰軸位置的影響 88
3.2 多自由度撲翼自主推進(jìn)運(yùn)動(dòng) 90
3.2.1 拍動(dòng)頻率和幅值的影響 92
3.2.2 推進(jìn)效能的標(biāo)度律 96
3.2.3 撲翼質(zhì)量和厚度的影響 99
參考文獻(xiàn) 103
第4章 多撲翼自主推進(jìn)的集群特性 106
4.1 串列雙撲翼的集群運(yùn)動(dòng) 106
4.1.1 雙撲翼集群運(yùn)動(dòng)的模式 108
4.1.2 快速模式中的集群推進(jìn) 112
4.1.3 慢速模式中的集群推進(jìn) 119
4.2 并列雙撲翼的集群運(yùn)動(dòng) 122
4.2.1 同步運(yùn)動(dòng)雙撲翼的集群運(yùn)動(dòng) 124
4.2.2 異步運(yùn)動(dòng)雙撲翼的集群運(yùn)動(dòng) 132
4.2.3 雙撲翼的非定常流動(dòng)控制機(jī)理 136
4.3 串列多撲翼的集群運(yùn)動(dòng) 139
4.3.1 多撲翼集群的隊(duì)形類型 140
4.3.2 密集隊(duì)形的推進(jìn)效能 143
4.3.3 稀疏隊(duì)形的推進(jìn)效能 148
參考文獻(xiàn) 153
第5章 撲翼能量采集系統(tǒng) 157
5.1 陣風(fēng)中的撲翼能量采集 157
5.1.1 陣風(fēng)強(qiáng)度對(duì)撲翼能量采集的影響 161
5.1.2 陣風(fēng)相位差對(duì)撲翼能量采集的影響 166
5.2 壁面效應(yīng)對(duì)撲翼能量采集的影響 177
5.2.1 壁面距離的影響 179
5.2.2 壁面效應(yīng)的作用機(jī)理 182
5.3 彈性尾梢對(duì)撲翼能量采集的影響 185
5.3.1 運(yùn)動(dòng)頻率的影響 186
5.3.2 尾梢質(zhì)量的影響 188
5.3.3 尾梢柔度的影響 191
5.3.4 彈性尾梢的作用機(jī)理 193
5.4 橫向運(yùn)動(dòng)對(duì)撲翼能量采集的影響 196
5.4.1 橫向運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響 197
5.4.2 橫向運(yùn)動(dòng)的作用機(jī)理 200
5.5 合成射流對(duì)撲翼能量采集的影響 202
5.5.1 射流參數(shù)的影響 203
5.5.2 合成射流的作用機(jī)理 207
參考文獻(xiàn) 208
第6章 多撲翼集群的能量采集系統(tǒng) 211
6.1 串列雙撲翼的能量采集系統(tǒng) 211
6.1.1 運(yùn)動(dòng)頻率的影響 213
6.1.2 雙撲翼間距的影響 216
6.1.3 雙撲翼運(yùn)動(dòng)相位差的影響 219
6.1.4 雙翼提升能量采集效率的作用機(jī)理 221
6.2 并列三撲翼的能量采集系統(tǒng) 228
6.2.1 輔助翼間距的影響 229
6.2.2 運(yùn)動(dòng)頻率的影響 232
6.2.3 運(yùn)動(dòng)相位差的影響 235
6.2.4 三翼提升能量采集效率的作用機(jī)理 237
參考文獻(xiàn) 243
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仿生撲翼運(yùn)動(dòng)的非定常流體力學(xué) 節(jié)選

第1章 緒論 1.1 仿生撲翼運(yùn)動(dòng)研究現(xiàn)狀 冬去春來(lái)、夏隱秋至，隨著一年四季的更迭交替，地球上的許多生物都會(huì)為了更好地生存和繁衍，踏上各自的遷徙之旅。其中，當(dāng)屬鳥類和魚類的集群遷徙*為引人矚目，每一次遷徙都浩浩蕩蕩、蔚為壯觀。通過觀察，可以發(fā)現(xiàn)鳥類/魚類的集群遷徙往往呈現(xiàn)出多尺度、多模態(tài)的特點(diǎn)。它們不僅可以保持特定規(guī)律的隊(duì)形，而且當(dāng)受到外部擾動(dòng)時(shí)還能夠迅速變換隊(duì)形[1-3]。例如，當(dāng)遭遇天敵時(shí)，鳥類/魚類集群往往會(huì)迅速切換隊(duì)形或者分裂成不同的子隊(duì)形以躲避天敵的進(jìn)攻；待危機(jī)解除后，鳥類/魚類集群又會(huì)迅速地恢復(fù)成特定規(guī)律的隊(duì)形[1，3]。 對(duì)鳥類/魚類集群而言，雖然群體中包含了大量的具有自主意識(shí)和運(yùn)動(dòng)能力的個(gè)體，但是它們的集群行為卻表現(xiàn)出非常強(qiáng)的規(guī)律性和協(xié)同性，如圖1.1(a)和(b)所示。其中不僅涉及個(gè)體卓越的運(yùn)動(dòng)能力，也涉及個(gè)體之間高效的組織協(xié)同能力。 圖1.1 鳥類集群、魚類集群、無(wú)人機(jī)集群和機(jī)器魚集群示例圖 受此啟發(fā)，近年來(lái)仿生微型飛行器和潛航器發(fā)展迅速，其在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害搜救等方面表現(xiàn)出非常大的應(yīng)用前景[4，5]，如圖?1.1(c)和(d)所示。然而，目前的仿生微型飛行器/潛航器依然存在效率低、任務(wù)完成能力弱、集群協(xié)同能力弱等不足。隨著機(jī)器個(gè)體的微小型化和任務(wù)的復(fù)雜化，對(duì)仿生微型飛行器/潛航器的推進(jìn)效能和集群協(xié)同能力提出了更高的要求。 1.1.1 仿生撲翼的個(gè)體推進(jìn) 為了更深入地理解鳥類/魚類個(gè)體飛行/游動(dòng)的流體力學(xué)機(jī)理，基于試驗(yàn)觀測(cè)的數(shù)據(jù)，眾多應(yīng)用數(shù)學(xué)家和流體力學(xué)家利用簡(jiǎn)化模型和數(shù)學(xué)方法開展了理論分析研究。在鳥類飛行方面，Rayner[6，7]將鳥類尾跡簡(jiǎn)化為一系列橢圓形渦環(huán)，提出了一種旋渦理論，用于計(jì)算鳥類飛行時(shí)的升力及消耗的能量。Minotti[8]基于二維無(wú)黏理論和附著前緣渦效應(yīng)，提出了一種二維撲翼理論，用于計(jì)算鳥類撲翼的升力。基于線性勢(shì)流理論，von Kármán等[9]認(rèn)為鳥類撲翼的升力主要由三部分組成：翼面渦產(chǎn)生的準(zhǔn)定常升力、翼面渦變化引起的附加質(zhì)量升力和尾跡旋渦產(chǎn)生的升力。 在魚類游動(dòng)方面，早期的經(jīng)典理論有阻力模型[10]、細(xì)長(zhǎng)體理論[11]和二維波動(dòng)板理論[12]。1991年，Cheng等[13]在二維波動(dòng)板理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了更符合魚類實(shí)際情況的三維波動(dòng)板理論，它能更準(zhǔn)確地評(píng)估和預(yù)測(cè)魚類的游動(dòng)性能。2008?年，Alben[14]基于小振幅彈性撲翼模型分析了魚類軀體彈性變形對(duì)游動(dòng)效能的影響。2014年，Moore[15]發(fā)展了一種小振幅理論。理論分析研究為人們提供了對(duì)鳥類/魚類個(gè)體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)性理解。但是，理論研究以數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化和各種假設(shè)為前提，往往難以研究自然界鳥類/魚類的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)行為[16，17]。 自然界的鳥類/魚類大都采用拍動(dòng)翅膀/鰭來(lái)產(chǎn)生推進(jìn)力，即撲翼推進(jìn)。因此，鳥類/魚類個(gè)體的身體可以簡(jiǎn)單地分為兩個(gè)部分：產(chǎn)生推進(jìn)力的撲翼和產(chǎn)生阻力的軀干[18]。為了探究鳥類/魚類個(gè)體運(yùn)動(dòng)的流體力學(xué)機(jī)理，人們通常忽視軀干部分，從而將鳥類/魚類個(gè)體簡(jiǎn)化為撲翼模型，如圖1.2所示。通過試驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，撲翼的推力與尾跡中的反卡門渦街有關(guān)[19-21]。此外，撲翼的推力還受多方面因素影響，包括撲翼運(yùn)動(dòng)參數(shù)、撲翼外形、拍動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)軌跡、俯仰軸位置、彈性變形等，它們之間的影響關(guān)系往往是復(fù)雜的、非線性的。 圖1.2 鳥類和魚類的撲翼簡(jiǎn)化模型示意圖 撲翼運(yùn)動(dòng)參數(shù)主要包括運(yùn)動(dòng)的頻率和振幅，它們可以表征為一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)，即斯特勞哈爾數(shù)(Sr)[22]。Schouveiler等[23]的試驗(yàn)研究表明，Sr和撲翼攻角對(duì)撲翼推進(jìn)效能的影響均呈現(xiàn)非線性變化；在合適的Sr和撲翼攻角情況下，撲翼的推進(jìn)效率可以高達(dá)70%以上。此外，F(xiàn)loryan等[24]指出，大振幅有利于撲翼獲得更大的推力和更高的效率。Rohr等[22]的研究表明，對(duì)于自然界的鳥類/魚類，撲翼推進(jìn)的*佳效能出現(xiàn)在Sr?=?0.2～0.4的區(qū)間。 撲翼外形主要包括厚度、彎度、平面形狀和展弦比等參數(shù)，它對(duì)撲翼推進(jìn)效能具有重要影響。Zhang?等[25]詳細(xì)研究了二維撲翼厚度對(duì)其推進(jìn)效能的影響，發(fā)現(xiàn)撲翼的推進(jìn)速度隨厚度的減小而顯著增加。Ramananarivo等[26]詳細(xì)研究了翼型形狀對(duì)撲翼推進(jìn)效能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)撲翼前緣圓滑而后緣細(xì)長(zhǎng)時(shí)，其推進(jìn)速度和效率*佳。van Buren等[27]發(fā)現(xiàn)，外凸形后緣撲翼具有*佳的推進(jìn)效能。此外，Raspa等[28]數(shù)值模擬研究了展弦比對(duì)撲翼尾渦和推進(jìn)效能的影響，發(fā)現(xiàn)增加展弦比可以減小撲翼的阻力，提高撲翼的推進(jìn)效能。 撲翼運(yùn)動(dòng)形式和拍動(dòng)軌跡對(duì)其推進(jìn)效能也有顯著影響。Andersen等[29]分別研究了沉浮運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)撲翼的推力變化，結(jié)果表明，沉浮運(yùn)動(dòng)比俯仰運(yùn)動(dòng)更利于撲翼產(chǎn)生推力。對(duì)于撲翼拍動(dòng)軌跡的影響，Hover等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，鋸齒形軌跡可以使撲翼產(chǎn)生*大的推力。Dash等[31]的研究表明，在保證有效攻角不變的情況下，簡(jiǎn)諧波形拍動(dòng)軌跡更適用于低頻率的撲翼，非簡(jiǎn)諧波形拍動(dòng)軌跡更適用于高頻率的撲翼。此外，F(xiàn)loryan等[32]的研究指出，相比連續(xù)拍動(dòng)，間歇性拍動(dòng)可以明顯減少撲翼的能量消耗，從而顯著提高撲翼的推進(jìn)效率。 此外，俯仰軸位置對(duì)撲翼的推進(jìn)效能也有顯著的影響。Mackowski等[33]的試驗(yàn)研究表明，當(dāng)俯仰軸位于撲翼重心前端時(shí)，可以顯著提高撲翼的推進(jìn)效能。Tian等[34]的試驗(yàn)研究表明，俯仰軸后移將削弱撲翼的推力，俯仰軸前移則有利于撲翼產(chǎn)生更大的推力。 考慮到鳥類/魚類的撲翼具有可變形的特點(diǎn)[35]，彈性變形通常也是影響撲翼推進(jìn)效能的因素之一。David等[36]的試驗(yàn)研究表明，相比剛性撲翼，彈性尾梢可以顯著提高撲翼的推力和效率。Olivier等[37]的研究指出，彈性撲翼的變形可以分為兩類，即慣性主導(dǎo)的變形和流場(chǎng)壓力主導(dǎo)的變形，其中流場(chǎng)壓力主導(dǎo)的變形可以顯著提高撲翼的推進(jìn)效率。此外，F(xiàn)loryan等[38]研究了非均勻彈性分布對(duì)撲翼推進(jìn)效能的影響，發(fā)現(xiàn)將彈性變形集中在撲翼前緣可以顯著提高撲翼的推力。 1.1.2 仿生撲翼的集群運(yùn)動(dòng) 近年來(lái)，關(guān)于鳥類/魚類集群運(yùn)動(dòng)的理論研究通常采用兩種模型：連續(xù)模型和粒子模型[39]。在連續(xù)模型中，生物集群被看成一個(gè)整體，集群的時(shí)空動(dòng)力學(xué)特性用對(duì)流-擴(kuò)散方程表示。在粒子模型中，生物集群被離散為若干具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力的粒子，通過粒子集群的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬鳥類/魚類的集群運(yùn)動(dòng)。研究表明，鳥類/魚類等生物的集群運(yùn)動(dòng)可能是一種由局部個(gè)體相互作用引起的相變行為。 此外，Muijres等[40]進(jìn)行了簡(jiǎn)單的理論分析，認(rèn)為鳥類在保持V形隊(duì)形的飛行過程中，下游個(gè)體可以利用上游個(gè)體產(chǎn)生的上洗氣流來(lái)獲得額外的升力，從而實(shí)現(xiàn)減少能量消耗的目的。Weihs[41]基于魚類集群可以獲得流體動(dòng)力學(xué)收益的假設(shè)，提出菱形隊(duì)形假設(shè)，認(rèn)為保持菱形隊(duì)形可以使集群中的個(gè)體獲得*佳的節(jié)能效果。然而，該理論模型過于簡(jiǎn)單，沒有在實(shí)際的魚類集群中得到驗(yàn)證[42]。Bastien等[43]指出，視覺在鳥類/魚類集群運(yùn)動(dòng)中具有重要作用，并提出基于視覺的集群模型。Oza?等[44]考慮到個(gè)體推進(jìn)產(chǎn)生的旋渦效應(yīng)，提出一種新的自推進(jìn)撲翼集群模型。Filella?等[45]綜合考慮集群中個(gè)體視覺感知效應(yīng)和流體力學(xué)作用，提出一種全新的粒子模型。他們發(fā)現(xiàn)，受流體力學(xué)作用的影響，粒子集群會(huì)呈現(xiàn)四種不同的集群行為，分別是無(wú)規(guī)則的集群運(yùn)動(dòng)、沿相同方向前進(jìn)的集群運(yùn)動(dòng)、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿特定方向的偏航運(yùn)動(dòng)。因此，鳥類/魚類的集群運(yùn)動(dòng)受流體力學(xué)作用的影響顯著。 然而，傳統(tǒng)的理論模型研究往往忽視或簡(jiǎn)化了流體力學(xué)在鳥類/魚類集群運(yùn)動(dòng)中的作用，同時(shí)把鳥類/魚類的集群運(yùn)動(dòng)看成簡(jiǎn)單的先驗(yàn)行為規(guī)則作用的結(jié)果[46]，這顯然與自然界鳥類/魚類集群運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況存在很大的差異。 為了進(jìn)一步理解鳥類/魚類集群運(yùn)動(dòng)中的流體力學(xué)機(jī)理，同時(shí)考慮到鳥類/魚類撲翼推進(jìn)的特點(diǎn)，可以將鳥類/魚類集群簡(jiǎn)化為規(guī)律布置的多撲翼集群。以兩個(gè)撲翼組成的*簡(jiǎn)單集群?jiǎn)卧獮槔梢越M成串列、并列和斜排隊(duì)形。在串列隊(duì)形中，影響撲翼集群推進(jìn)效能的因素主要有雙撲翼間距和運(yùn)動(dòng)相位差。當(dāng)雙撲翼間距較小時(shí)，上游撲翼的尾渦在充分發(fā)展脫落之前將會(huì)被下游撲翼撕裂[47]，這將導(dǎo)致上游撲翼推力增加[48]，并且其推力增加的優(yōu)勢(shì)將隨著雙撲翼間距的增加而減小[49]。當(dāng)雙撲翼間距較大時(shí)，上游撲翼的尾渦能夠得到充分的發(fā)展，雙翼間的流固耦合作用只對(duì)下游撲翼有影響[50]。Muscutt?等[51]分析指出，當(dāng)下游撲翼規(guī)避旋渦運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際上是逆著旋渦的側(cè)向誘導(dǎo)速度運(yùn)動(dòng)，這將導(dǎo)致?lián)湟淼挠行Чソ窃龃螅瑥亩蛊渫屏托试龃螅欢?dāng)下游撲翼撞擊旋渦運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際上是順著旋渦的側(cè)向誘導(dǎo)速度運(yùn)動(dòng)，這將導(dǎo)致?lián)湟淼挠行Чソ菧p小，從而使其推力和效率減小。Gao等[52]詳細(xì)研究了串列雙撲翼間的流固耦合作用，結(jié)果表明，相比單個(gè)撲翼，串列隊(duì)形中下游撲翼的效率能夠提高90%。此外，串列雙撲翼的相位差也對(duì)其推進(jìn)效能有顯著影響。Boschitsch等[53]的研究表明，當(dāng)下游撲翼的前緣渦被上游撲翼的尾渦誘導(dǎo)脫落時(shí)，下游撲翼的推力和效率顯著降低；當(dāng)下游撲翼能夠捕獲上游撲翼的尾渦時(shí)，下游撲翼的推力和效率顯著提高。同時(shí)，Kurt等[54]的研究表明，對(duì)于串列布置的兩個(gè)俯仰運(yùn)動(dòng)撲翼，存在整體推力和效率*佳的運(yùn)動(dòng)相位差(2π/3)。 在并列隊(duì)形中，雙撲翼的推進(jìn)效能受側(cè)向間距和運(yùn)動(dòng)相位差的顯著影響。Dewey等[55]的研究表明，當(dāng)兩個(gè)撲翼同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，其推進(jìn)效率顯著增加，但是其推力將減小；當(dāng)兩個(gè)撲翼異步運(yùn)動(dòng)時(shí)，其推力顯著增加，同時(shí)其推進(jìn)效率保持不變；當(dāng)兩個(gè)撲翼以任意相位差運(yùn)動(dòng)時(shí)，其中一個(gè)撲翼的推力和效率將增加，同時(shí)另一個(gè)撲翼的推力和效率將減小。此外，Dong等[56]的研究表明，并列雙撲翼間的流固耦合作用會(huì)隨著間距的增加而顯著減弱。對(duì)于斜排布置的兩個(gè)撲翼，Huera-Huarte[57]的研究表明，兩個(gè)撲翼無(wú)論是同步運(yùn)動(dòng)還是異步運(yùn)動(dòng)，其推力和效率均低于單撲翼，這是因?yàn)樾迸挪贾玫膬蓚(gè)撲翼之間存在不對(duì)稱的流固耦合作用。此外，考慮到更多撲翼個(gè)體組成的規(guī)律隊(duì)形，Hemelrijk等[58]詳細(xì)研究了菱形、長(zhǎng)方形等多種規(guī)律隊(duì)形對(duì)撲翼集群推進(jìn)效能的影響，結(jié)果表明，撲翼集群在多種規(guī)律隊(duì)形中的推進(jìn)效能均優(yōu)于單撲翼。Han等[59]的研究表明，菱形隊(duì)形中撲翼集群的推進(jìn)效率*佳，并且位于菱形隊(duì)形末尾位置個(gè)體的推進(jìn)效率*高。 上述研究表明，當(dāng)撲翼集群以合適的規(guī)律隊(duì)形排列時(shí)，其推力和推進(jìn)效率顯著優(yōu)于單撲翼，這表明鳥類/魚類集群運(yùn)動(dòng)可以獲得流體動(dòng)力學(xué)收益。然而，上述研究中撲翼集群的排列都是固定不變的，忽略了隊(duì)形穩(wěn)定性的問題，集群保持規(guī)律隊(duì)形的原因仍不得而知。在鳥類/魚類的集群運(yùn)動(dòng)中，個(gè)體具有多自由度，即個(gè)體可以沿多個(gè)方向(包括縱向和側(cè)向)自主運(yùn)動(dòng)。當(dāng)周圍流場(chǎng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，鳥類/魚類集群中的個(gè)體會(huì)主動(dòng)調(diào)整其位置以應(yīng)對(duì)擾動(dòng)的影響[60]。因此，如果考慮撲翼的自主運(yùn)動(dòng)，撲翼集群中個(gè)體的位置將會(huì)隨流固耦合作用而發(fā)生改變。此時(shí)，就需要研究人為設(shè)置的規(guī)律隊(duì)形還能否保持穩(wěn)定，如果能保持穩(wěn)定，還需要判斷撲翼集群是否依然有流體動(dòng)力學(xué)收益。同時(shí)，撲翼集群維持規(guī)律隊(duì)形的機(jī)理仍有待探索。這些問題無(wú)法通過固定撲翼模型進(jìn)行研究和解答。對(duì)此，Lighthill[61]提出了一個(gè)非常巧妙的猜想，認(rèn)為鳥類/魚類集群中的個(gè)體可以僅依靠流固耦合作用實(shí)現(xiàn)并保持集群的規(guī)律隊(duì)形，被后人稱為L(zhǎng)ighthill猜想。這個(gè)猜想吸引了許多研究者的注意，因?yàn)樗坏┍蛔C實(shí)，不僅可以從全新的角度認(rèn)識(shí)鳥類/魚類的集群運(yùn)動(dòng)，還可以為人造飛行器/航行器的集群隊(duì)形控制提供全新的策略，即利用流固耦合作用就能實(shí)現(xiàn)集群的規(guī)律隊(duì)形。 為了進(jìn)一步理解鳥類/魚類集群中的非定常流體力學(xué)和流動(dòng)控制機(jī)理，同時(shí)也為了證明Lighthill猜想的準(zhǔn)確性

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