Unlike the smooth wings of common insects or birds, micro-scale insects such as the fairyfly have a distinctive wing geometry, comprised of a frame with several bristles. Motivated by this peculiar wing geometry, we experimentally investigated the flow structure of a translating comb-like wing for a wide range of gap size, angle of attack and Reynolds number, Re = O(10) - O($10^3$), and the correlation of these parameters with aerodynamic performance. The flow structures of a smooth plate without a gap and a comb-like plate are significantly different at high Reynolds number, while little difference was observed at the low Reynolds number of $O(10)$. At low Reynolds number, shear layers that were generated at the edges of the tooth of the comb-like plate strongly diffuse and eventually block a gap. This gap blockage increases the effective surface area of the plate and alters the formation of leading-edge and trailing-edge vortices. As a result, the comb-like plate generates larger aerodynamic force per unit area than the smooth plate. In addition to a quasi-steady phase after the comb-like plate travels several chords, we also studied a starting phase of the shear layer development when the comb-like plate begins to translate from rest. While a plate with small gap size can generate aerodynamic force at the starting phase as effectively as at the quasi-steady phase, the aerodynamic force drops noticeably for a plate with a large gap, because the diffusion of the developing shear layers is not enough to block the gap.
일반적인 곤충이나 새의 매끄러운 날개와는 달리, 페어리 플라이와 같이 비행을 하는 매우 작은 곤충 중의 일부는 하나의 프레임에 여러개의 강모가 달린 빗 모양의 독특한 날개 형태를 가지고 있다. 본 연구는 페어리 플라이의 독특한 빗 모양 날개의 기하학 특징에서 영감을 받았으며, 강모 사이의 간격, 받음각, 레이놀즈 수에 대해서 병진운동하는 빗 모양 날개 주위의 유동 구조, 그리고 이러한 매개 변수와 공기역학적 성능의 상관관계를 실험적으로 연구하였다. 빗모양 날개와 갭이 없는 매끄러운 날개의 유동 구조는 높은 레이놀즈 수에서 현저하게 다르지만, 낮은 레이놀즈 수 (Re $\sim$ 10) 에서는 약간의 차이만 관찰되었다. 낮은 레이놀즈 수에서, 빗 모양 날개의 강모 사이의 간격은 강모 모서리에서 생성된 전단층의 강한 확산으로 인해 막힌다고 할 수 있다. 이러한 현상은 빗 모양 날개 모델의 유효 표면적을 증가시키고 앞전 및 뒷전 와류 형상을 매끄러운 날개와 유사하게 변화시킨다. 그 결과로써, 빗 모양 날개는 매끄러운 날개보다 단위 면적당 큰 공기 역학적 힘을 발생시킨다. 모델이 어느정도의 거리를 이동한 후인 준 정상 상태와 더불어, 우리는 모델이 정지 상태로부터 움직이기 시작하는 순간에서의 전단층 발달 및 그에 대응하는 공력 성능 또한 연구하였다. 강모 사이의 간격이 작은 모델의 경우, 준 정상 상태에서와 더불어 움직이기 시작하는 순간에도 공기 역학적 힘을 효과적으로 생성할 수 있다. 하지만 큰 간격을 갖는 날개의 경우, 전단층이 강모 사이의 공간을 막을 만큼 충분히 발달하지 못하기 때문에 이 순간 성능이 크게 감소한다.
