Unlike common insects with smooth membranous wings, microscopic flying insects such as thrips have a distinctive wing geometry known as a bristled wing. The bristled wing consists of a single main frame at the center, from which several bristles extend in all directions, with gaps between them. The thrips can fly in the air with bristled wings because of the low-Reynolds-number environment they reside in. In such the low-Reynolds-number flow, viscous shear layers developed along the surface of each bristle may develop thick enough to overlap each other, and as a result, they prevent flow leakage in the gaps of bristles. In the present study, the aerodynamic characteristics of the bristled wing are investigated for various situations where insects with bristled wings are likely to encounter in the natural environment. Considering the unsteady flapping motion of such a wing of thrips, we first consider the unsteady gap flow formations and aerodynamic force generations of a flapping bristled wing. Furthermore, we propose new dimensionless parameters that determine the aerodynamics force generations of a two-dimensional bristled wing in a uniform free stream, and in a gusty flow. For these situations, the theoretical approaches to estimate the drag and lift are investigated.
매끄럽게 이어진 표면으로 이루어진 날개를 지닌 일반적인 곤충과 달리, 몸 크기가 수백 마이크로미터에 불과한 매우 작은 총채벌레목의 비행 곤충은 강모날개로 알려진 독특한 날개 형상을 지니고 있다. 강모날개는 날개 중앙의 뼈대와 뼈대로부터 사방으로 뻗친 강모들로 이루어져 있어서, 강모 사이에는 빈 공간이 존재하게 된다. 총채벌레가 강모날개를 이용해 공기 중을 비행할 수 있는 이유는 작은 크기로 말미암아 비행 환경에 대한 레이놀즈수가 매우 낮기 때문이다. 이렇게 낮은 레이놀즈수 유동 환경에서는 각각의 강모 표면으로부터 발달한 점성 전단층이 서로 겹쳐질 만큼 두껍게 발달할 수 있으며, 결과적으로 유체는 강모 사이의 공간을 지나기 어렵게 된다. 본 연구에서는 자연환경에서 마주할 수 있는 다양한 상황에 대해서 강모날개의 공기역학적 특성을 분석한다. 우선, 곤충 날개가 실제로는 펄럭임을 통해 유체력을 발생시킨다는 점에 착안하여 펄럭이는 강모날개의 비정상 유동구조 및 유체력 발생에 대해 고찰한다. 더 나아가, 균일한 정상 자유유동에 대한 2차원 강모날개의 공기역학, 그리고 돌풍에 의해 강모날개에 가해지는 하중 등을 결정짓는 새로운 무차원수를 제안하며, 해당 상황들에서 양력 및 항력을 예측하는 이론적 방법론 등을 유체역학적 관점에서 고찰한다.
