文档介绍：动物运动与力学仿生
内容提要
动物和其它生物间最重要的区别，在于它们拥有经过亿万年漫长的演化过 程，形成了优化的器官和组织，能巧妙地通过运动，主动有目的地迅速改变其空 间位置。为了生存，动物在运动中发展了不同的运动本领，以提高其生命效力指导和帮助下，对蹼泳的水动力学进行了研究，研制了蹼 泳板运动仿真模拟设备，一方面进行蹼泳板的非定常数值模拟，另一方面参考数 值模拟结果，在循环水槽中对不同类型的蹼泳板，进行了大量的测试实验。依据 这些结果，在蹼泳板的选材、设计和制作上，针对不同运动员的身体特点，采取 不同的措施，对运动技术不断完善，使运动水平有了喜人的突破。在2002年9 月举行的第11屆蹼泳世界锦标赛上，中国队打破了 1项世界纪录，夺得13枚金 牌和8枚银牌，仅用了 l年时间就战胜了俄罗斯队。
人类自古以来就幻想模仿乌在空中飞行，制造由人工支配的翼，冒险地进 行飞行实验。屈原在《离骚》诗中曾描述了空中飞行，想象自己像鸟一样展翅飞 翔，又期望驾云雾腾空。达•芬奇自30岁起用了 20余年时间，认真研究鸟类的 飞行，完成了《论鸟的飞行》研究手稿，论述了鸟的飞行原理。美国的莱特兄弟 仔细观察和分析鸽子的飞行，于1903年12月17日，成功地进行了人类第一架 有动力、可操纵的载人飞机的飞行试验。以后的100年，经历了第一次和第二次 世界大战，飞机得到了飞快的发展，并已向太空延伸，进入到航天时代。
动物界能飞行得最好的是鸟类和昆虫。当然也有例外，哺乳动物的蝙蝠， 也是善于飞行的。航空100年来，人对鸟类作了不少研究和模仿，制造了各类定 翼飞行器和旋翼飞行器，但实际上对鸟类和昆虫飞行原理的了解均还较浮浅，尤 其是对昆虫研究和模仿得还相当少。
昆虫是动物界种类最多的类群，现己定名的昆虫已达七、八十万种，还有数 倍于此的昆虫尚未能鉴定、命名。昆虫主要在陆地生活，分布很广，对环境的适 应性很强，这主要是因为它们能够飞行。昆虫的翅与鸟类的翅不同，它们不是由 前肢演化而来，而是由体节的背板向两侧扩展变成的。昆虫的翅生长在胸部。除 蚊、绳等双翅类的昆虫外，昆虫一般都有两对翅，生在中胸和后胸，分别称为前 翅和后翅。昆虫翅基部都有小骨片和胸部相连（见昆虫翅基部的关节构造图）， 这为翅具备各种活动能力创造了条件，也是翅脉起始的地方。有很多昆虫在停止 时，把翅叠起来贴在背部，起飞时马上将翅展开，扑击飞行，如甲虫、椿象等。 也有不能叠翅的昆虫，如蜻蜓、蜉蝣等的翅只能平伸，不能折叠。
昆虫飞行时，翅的运动包括上下拍击和前后倾折两种基本动作。翅的上下拍 击，主要依靠背腹肌和背纵肌的交替收缩所造成。与翅基相连的前上侧肌、后上 侧肌的交替收缩，分别拉动翅基的前上侧片和后上侧片，使翅面作前后倾斜活动。 翅下拍时，其前缘向下方切入空气；翅上举时，其前缘向上方切入空气。这样， 翅上下拍击一次，翅便沿自身的纵轴扭动一次。昆虫不前进而拍动翅膀时，翅尖 成“8”字运动；前进拍动翅膀时，翅尖便造成一系列的开环运动。
总的来讲，昆虫的飞行是翅的拍击造成的。翅的拍击要有足够的频率和幅度， 翅拍击造成的气流所产生的空气动力，可分成向前的推力，促成虫体前进，和向 上的升力，以抵消虫体的重力，使虫体能漂浮在空气中。翅的拍击和转动，将空 气推向后方和下方，使昆虫能在空中漂浮前进。有些昆虫能改变