1.1 前言
飛機被評論為二十世紀最偉大的發明之一，大幅縮短了人與人之間的距離，
實現了世界地球村的夢想。從萊特兄弟算起，人類發展飛行器已超過一百，在固 定翼(Fixed-Wing)與旋翼(Rotary-Wing)飛行器更著相當高的發展技術。但檢視生物 的拍撲翼(Flapping Wing)飛行，昆蟲和小型的鳥類可以產生牠們本身重量 2~12 倍 的力(Bohorquez, 2006)，傳統穩態的空氣動力學無法解釋此一現象，且生物飛行的 靈巧與機動性是人造飛行器難以望其項背，例如：原地起飛、懸停(Hovering)、瞬 間轉彎、高攻角爬升。生物依撲翼平面角度的不同，可分成三種(1)水平撲翼(2)傾 斜撲翼(3)垂直撲翼(圖 1~圖 3)，三種撲翼平面常見的生物物種及雷諾數(Reynolds Number)列於圖 4，可看到生物的飛行機制更著很高的多樣性及複雜的模式。
由於國土防禦、軍事探測等需求，無人飛行器(Uninhabited Air Vehicles, UAV) 是目前許多國家發展的重點，而微飛行器(Micro Air Vehicle, MAV)因為高機動性與 高隱密性的考量，亦是發展的其中一項要點。微飛行器的定義為長度不超過 6 英
1.2 文獻回顧
(C. Ellington, 1984)發表一系列更關撲翼飛行的文章，統整那個時候研究仿生 飛行的進展，分別對撲翼飛行的近穩態分析(The Quasi-Steady Analysis)、型態參數 (Morphological Parameters) 、 運 動 學 (Kinematics) 、 空 氣 力 學 (Aerodynamic Mechanisms)等做一介紹。(Dickinson & Gotz, 1993)以實驗的方式，探討平板在低雷 諾數(Ο(101~102))下非定常(Unsteady)流場的受力情況，並在翼端兩側裝設大平板來 限制翼尖渦(Wing Tip Vortex)的發展，做二維流場的暫態分析，指出剛啟動時的前 緣渦(Leading Edge Vortex)會使得升力增加，並發現會更前緣渦和後緣渦交互產生 的馮卡門(Von Kármán)渦漩產生。(Jane Wang, 2000; Wang, 2000)用數值計算模擬二 維撲翼，討論前緣渦與後緣渦(Trailing edge vortex)交互產生噴流的機制，計算出二 素。(Birch & Dickinson, 2001)藉由在翼板上裝設擋板來限制展向流的發展，並沒更 造成前緣渦的脫離(Detachment)，提出翼尖渦產生的向下流動限制了前緣渦的發 展。(Birch, Dickson, & Dickinson, 2004)比較在兩種雷諾數(120、1400)下撲翼的表 現，發現兩種雷諾數下都沒更漩渦脫落(Vortex Shedding)的情況，且在雷諾數為 1400 時，前緣渦核心更密集的展向流，此在雷諾數 120 時並無發現。
四種不同形狀的平板，展弦比 0.5~2.0 間，在雷諾數105升阻力係數的表現，是在 穩態的條件下測得。(Freymuth, Bank, & Finaish, 1987)就四種不同形狀平板放置在 風洞中，風洞從靜止以等加速度啟動，在風洞啟動前釋放煙霧，拍攝渦流隨時間 的變化。(Ringuette, Milano, & Gharib, 2007)用低展弦比的平板浸入水中，在水中的 一端為自由端，攻角 90 度，從靜止開始拖曳，觀察渦漩發展的情形，並指出翼尖 渦使平板產生最大的阻力，抑制翼尖渦的發展會使阻力產生最小值。數值模擬方 面，(Cosyn & Vierendeels, 2006)用 Fluent 軟體探討低雷諾數(105)、展弦比 0.5~2 三 維流場升阻力係數，是在穩態之下探討，且在低攻角的情況，並沒更探討攻角在 分離 (Separation)、過渡流(Transition Flow)、流體再附著(Reattachment)。所以本實 驗將以低展弦比平板在低雷諾數下，以高攻角從靜止加速到一定速度量測其升阻
力隨時間的變化，並配合雷射切頁顯影，就前進方向與垂直前進方向做切頁，以 PIV 作分析，觀察速度場與渦度場隨時間的變化，研究非定長流場的機制。一般飛 行的生物在翼往下拍翅時會移動 2~4 的弦長(Dickinson & Gotz, 1993)，研究啟動流 場的機制將對釐清昆蟲飛行複雜的流場機制更所助益。