工程力学

项目概述

鸟类扑翼飞行在强非定常条件下兼具稳定、推进与机动，但翼尾协同的受力调节与反馈控制规律仍缺少统一解释。以成年雄性白鸽为对象，结合高速摄影、三维重建、逆动力学和线性混合效应建模，构建了从运动学、动力学到控制律辨识的分析链路。结果表明，鸽子扑翼飞行具有“基础对称扑动—姿态配平—转向修正”的分层结构；上升阶段呈现“翼主动力、尾配平、瞬态项俯仰修正”的分工，并存在约4帧时延的相位相关反馈；下降过程可分为两个控制目标不同的阶段。相关结论可为扑翼飞行器的分层控制与延迟补偿设计提供依据。

项目创新点

建立了从三维运动重建、逆动力学反演、气动映射到控制律辨识的逐帧统一分析框架，实现了从真实鸟类运动到受力与控制目标的直接关联。

揭示了鸽子扑翼飞行“基础双翼对称扑动—姿态配平—转向修正”的分层控制结构，将复杂翼尾协同规律归纳为具有明确物理含义的协同控制模态。

识别了上升周期及下降两阶段的相位相关延迟反馈控制律，提出后半周期是反馈写入和翼尾重整关键窗口，并给出了约 4 帧有效延迟的定量结果。

项目成果及应用前景

本项目完成了白鸽扑翼飞行的实验测量、三维重建与动力学反演流程构建；在上升且不转向工况下，对前向气动力、竖直气动力和俯仰力矩的拟合优度均达到 0.70 以上，定量揭示了“翅膀负责主动力生成、尾翼负责低频配平、翼部瞬态项负责快速俯仰修正”的纵向分工；同时识别出上升阶段以及开始下降段、结束下降段两套反馈控制规律，其中下降两阶段模型综合评分分别达到 0.9301 和 0.9242。研究成果可为仿鸟扑翼飞行器的分层控制、相位增益调度、延迟补偿、轨迹跟踪与着陆缓冲设计提供理论依据，也可服务于低空智能飞行器、生物飞行机理研究和扑翼机器人控制系统开发。

项目拍摄的鸽子上升、平飞、下降运动