Аэродинамика работы крыльев пчел в режиме вентилирования

Abstract

На основе усовершенствованного метода дискретных вихрей и кинематических данных, полученных в ходе высокоскоростной киносъемки, создана двумерная нелинейная вычислительная модель работы крыльев пчел при вентилировании ими улья. Рассматривались случаи изолированной пчелы, пчелы на посадочной площадке, а также изолированной цепочки пчел. Получены как мгновенные интегральные, так и осредненные динамические характеристики крыла, а также вихревые картины, поля скорости, линии равных скоростей, давлений, мгновенные линии тока. Для расчета мгновенных линий тока были получены аналитические выражения для функции тока от вихря в канале, а также от изолированной цепочки вихрей. Численное моделирование показало, что в каждой маховой полуплоскости формируется циркуляционное течение, выносящее воздух из улья. Сравнительный анализ полученных результатов дал основание для предположения о том, что работа крыльев насекомых в режиме вентиляции, также как и в режиме полета, основана на инерционно-вихревом принципе.

На основi удосконаленого методу дискретних вихорiв та кiнематичних даних, отриманих за допомогою високошвидкiсної кiнозйомки, побудована двовимiрна нелiнiйна обчислювальна модель роботи крил бджiл при вентилюваннi ними вулика. Розглядалися випадки iзольованої бджоли, бджоли на посадочнiй площадцi та iзольованого ланцюга бджiл. Отримано як миттєвi iнтегральнi, так i осередненi динамiчнi характеристики крила, а також вихоровi картини, поля швидкостi, лiнiї рiвних швидкостей, тискiв, миттєвi лiнiї течiї. Для розрахунку миттєвих лiнiй течiї були отриманi аналiтичнi вирази для функцiї течiї вiд вихору в каналi та вiд iзольованого ланцюга вихорiв. Чисельне моделювання показало, що у кожнiй маховiй напiвплощинi формується циркуляцiйна течiя, яка виносить повiтря з вулика. Порiвняльний аналiз отриманих результатiв дав пiдставу для припущення про те, що робота крил комах в режимi вентиляцiї, як i в режимi польоту, грунтується на iнерцiйно-вихоровому принципi.

On the basis of the improved method of discrete vortices and kinematic data obtained during high-speed filmings, two dimensional non-linear computing model of bee's wing flapps at fanning of hive is created. The cases of a single bee, bee on the landing platform, and also single bee chain are considered. Instant integral, mean dynamic characteristics of a wing, as well as vortex patterns, velocity fields, lines of equal velocities, lines of equal pressure coefficients and instant streamlines are obtained. Analytical expressions for streamline function caused by discrete vortex in the channel, and also caused by isolated discrete vortice chain were obtained for calculation of instant streamlines. Numerical modelling has shown, that in every flapping semi-plane the circulation of the flow, which carries out air from a beehive, is formed. The comparative analysis of the obtained results gives a basis for assumption that work of insect wings in ventilation mode, as well as in flight mode, is based on inertial-vortical principle.