模拟蝴蝶效应

帝王蝶(学名 Danaus plexippus)以其惊艳的外表而闻名，或许更重要的是，它具有非凡的长距离迁徙能力。每年夏末秋初，北美的帝王蝶种群都会向南迁徙数千英里，到达其越冬地。

这些美丽的蝴蝶作为天生的飞行员的实力毋庸置疑。与几乎所有其他蝴蝶物种不同，帝王蝶的前翅和后翅并不相连。这赋予了它们独特的飞行稳定性和机动性，使它们能够产生巨大的升力并高效导航，即使在低速和高攻角下也是如此。

《计算流体力学进展》杂志发表的一项研究调查了帝王蝶的空气动力学。这项研究不仅为该物种本身提供了新的见解，还指出了非固定翼微型飞行器(MAV)的潜力。

中东技术大学的 Fadile Yudum Comez 和 Dilek Funda Kurtulus 以及土耳其安卡拉土耳其航空协会大学的 Nevsan Sengil 使用蝴蝶翅膀模型研究了不同迎角下完全张开的前翅周围的流场。通过这项研究，该团队希望了解使这些蝴蝶飞得如此出色的复杂空气动力学现象。

研究人员使用计算流体动力学模拟，包括非稳定雷诺平均纳维-斯托克斯模拟，来分析帝王蝶刚性翅膀模型周围的气流。

这项研究的一个重要发现是，人们认识到在平稳(层流)或湍流模型中，空气动力学性能存在显著差异，尤其是在较高的迎角下。他们表明，在30 度的迎角下可实现最大升阻比，但机翼在 40 度时会“失速”。

这些见解将有助于设计和开发可能模仿帝王蝶的微型飞行器。这种飞行器将来可能会非常出色，但设计必须能够模仿不稳定的空气动力学效应。