OpAEOLUS-7.End

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OperationAEOLUS-It's the end?

End

So it’s the end.
半年的研究性學習到現在也就結束了。
本來前兩天還在想著下一步的計劃，但一看我現在一筆未動的作業，就決定不繼續了。(自律性極高)

就這麼結束了，現在還頗有些感慨。
記得一開始選課題的時候抱著一定要把所有問題都搞明白，寫一篇驚為天人的報告，輕松拿個大獎完結。
現在感覺那時的自己too naive，研究不是那麼簡單的事，不可能隨隨便便取得成果，而是需要長期積累，先在各方面打好基礎才能步步推進的。研究中的堅持也因此格外困難，以三分鐘熱度入坑，在需要補各種基礎之時不免覺得煩躁，於是一再削減計劃，最後可能不明不白地結束(像我為作業結束研究就是反面例子)
另一個重點是專注。我的專注能力非常差，經常在查閱資料時跑偏，有時一會在看流體力學，一會就跳到數論了，結果兩邊都沒看明白(反面例子×2)。所以研究、寫報告都很慢，效率低下。如果我能在研究的時候更集中，恐怕現在的成果能翻幾倍了。
這次研究還使我深切地意識到自身數學水平之低，買的空氣動力學教材一點都看不懂，一堆偏微分、路徑積分之類的真是完全搞不懂。只能留到以後學了。

在研究過程中，我的計劃不斷改動，實在是因為時間有限，水平有限，當然本質還是效率低下。如果現在回看開題報告，就會發現很多目標都沒達成，包括數學建模、自行設計紙飛機等等，特別前兩天在想的新計劃完全腰斬了。
一方面這個項目完成度極低，另一方面也為之後留有余地，誰說課題結束後研究不能繼續？這麼有趣的課題，我當然會繼續探究下去。
那好，來列To-do list吧：

  1. 幾個渦流的影響：主要是渦升力的問題，對於翼尖渦，一般都認為其對飛機升力產生負面影響，然而三角形翼的前緣渦對升力有正面作用。可對於三角形翼，翼尖渦和前緣渦似乎沒有明確界定？為什麼兩者的作用會產生差別呢？
  2. CFD結果問題：Fluent算出來的升力和阻力明顯是偏大的，雖然報告裡當作trivial的細節忽略了，但這其實是一個重要問題，接下來需確定其原因(大概率是黏度忽略引起的)並優化結果。
  3. 求解出完整的飛行軌跡：本來預期接下來做的，但因為作業…這個Fluent肯定也能算(用C寫UDF)，但感覺有些煩，還是支持開源，用SU2吧，Python比C更簡單些。難點在於相關資料少、要找第三方網格劃分軟件，而且不知道能不能收斂，總之就慢慢探索吧。
  4. 做一個紙飛機設計平台，感覺這個沒什麼用，但足夠cool。主要是學一些三維設計方面的技術，後期仿真就交給SU2了(沒想過自己寫求解器)。
  5. 進一步研究幾種特殊紙飛機。Collins的視頻中介紹了幾種特殊紙飛機，感覺很有意思。
  6. 進一步學習空氣動力學，當然首先得學好數學基礎。
  7. 設計一款紙飛機。我把這個放在最後是因為這個最為困難，對概念的掌握和具體經驗要求高。至今紙飛機已經過不斷嘗試和改進，似乎已經達到了最優階段，特別Suzanne紙飛機已吸收了所有優化技巧，奠定了「最優」的雛形，之後的改進不過是一些微調罷了。此時再要別出心裁地設計出飛行距離遠的紙飛機，在各種意義上都是一個挑戰。

什麼？你問我研究這個有什麼用？
那麼就來談一談應用前景吧。(開始報告體)

紙飛機是氣動性質優良的物理模型，很可能將被應用於微型飛行器的設計中。
微型飛行器，簡稱MAV (Micro Aerial Vehicle)，指長、寬、高在15 cm以下、質量在10~300g、最佳使用高度在0~150m范圍、飛行速度10~20m/s的特殊飛行器，在現代軍事和民用方面都有巨大優勢。目前正在研究的微型飛行器主要有3種：固定翼架型、旋翼型和撲翼型。

微型飛行器設計的關鍵因素在於低雷諾數的飛行環境，與高雷諾數環境不同，空氣黏性效應相當嚴重，易導致低升力和高阻力，氣面分離和失速的情況也更嚴重，因此，高雷諾數環境中的飛行器設計經驗不能很好地應用於此。

目前的研究重點多集中在鳥類和昆蟲的飛行機制，希望通過仿生學設計微型飛行器，但由於機制極為復雜，該方向研究進展緩慢。紙飛機在與微型飛行器類似的低雷諾數環境中飛行，制作成本低，且已經過了不斷的嘗試和改進，得到現今的形態，必然有其獨特優勢。因此，紙飛機是微型飛行器設計的重要參考對象。

在此列舉一些相關研究：1989年，Kegelman和Roos[1]發現，在低雷諾數三角形翼氣流場中，前緣分離特性和前緣渦強度是決定渦升力的重要因素。2001年，Torres和Mueller[2]在幾種雷諾數環境下對平板機翼進行實驗，發現紙飛機的三角形翼的最大升力系數遠大於傳統的低展弦比機翼。2004年，Torres和Mueller[3]又通過風洞發現隨著迎角的增大，升力中心的位置向機翼後緣移動，這與翼尖渦產生的非線性力有關。2014年，Schlüter[4]通過水洞實驗進行了力的測量並顯示出流場，又利用LES方法數值模擬，並從空間渦度分布方面對其影響做了簡要分析。2020年，Chang M, et al[5]則通過數值模擬驗證了Schlüter的實驗，對一些經典攻角下的流動機理進行了分析，研究了一種紙飛機的腹間隙對飛行性能的影響。

當然我絕對不是抱著什麼希望應用的想法，事實上，我以後也不會研究流體力學之類，對微型無人機更無興趣。只是因為這個課題足夠有趣，我就想去探究，若要探究什麼，只需有趣這個理由就夠了，我會以這個理由在科學路上永不止步地走下去。

So it’s the end.
Or it’s a new start?

參考

[1]Kegelman J and Roos F. Effects of leading-edge shape and vortex burst on the flowfield of a70-degree-sweep delta-wing. In: 27th Aerospace sciences meeting, Reno, Nevada, 9–12 January 1989, p.86
[2]Torres GE and Mueller TJ. Aerodynamic Characteristics of Low Aspect Ratio Wings at Low Reynolds Numbers. Progress in Astronautics and Aeronautics 2001; 195: 115–141.
[3]Torres GE and Mueller TJ. Low Aspect Ratio Aerodynamics at Low Reynolds Numbers. AIAA J 2004; 42: 865–873.
[4]Schlüter JU. Aerodynamic study of the dart paper airplane for micro air vehicle application. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2014;228(4): 567-576.
[5]Chang M, Feng X, Zhang Y, Zhang X, Bai J. Flow analysis on the ventral gap of a paper airplane. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2020;0(0).