OpAEOLUS-7.End

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OperationAEOLUS-It's the end?

End

So it’s the end.
半年的研究性学习到现在也就结束了。
本来前两天还在想着下一步的计划，但一看我现在一笔未动的作业，就决定不继续了。(自律性极高)

就这么结束了，现在还颇有些感慨。
记得一开始选课题的时候抱着一定要把所有问题都搞明白，写一篇惊为天人的报告，轻松拿个大奖完结。
现在感觉那时的自己too naive，研究不是那么简单的事，不可能随随便便取得成果，而是需要长期积累，先在各方面打好基础才能步步推进的。研究中的坚持也因此格外困难，以三分钟热度入坑，在需要补各种基础之时不免觉得烦躁，于是一再削减计划，最后可能不明不白地结束(像我为作业结束研究就是反面例子)
另一个重点是专注。我的专注能力非常差，经常在查阅资料时跑偏，有时一会在看流体力学，一会就跳到数论了，结果两边都没看明白(反面例子×2)。所以研究、写报告都很慢，效率低下。如果我能在研究的时候更集中，恐怕现在的成果能翻几倍了。
这次研究还使我深切地意识到自身数学水平之低，买的空气动力学教材一点都看不懂，一堆偏微分、路径积分之类的真是完全搞不懂。只能留到以后学了。

在研究过程中，我的计划不断改动，实在是因为时间有限，水平有限，当然本质还是效率低下。如果现在回看开题报告，就会发现很多目标都没达成，包括数学建模、自行设计纸飞机等等，特别前两天在想的新计划完全腰斩了。
一方面这个项目完成度极低，另一方面也为之后留有余地，谁说课题结束后研究不能继续？这么有趣的课题，我当然会继续探究下去。
那好，来列To-do list吧：

  1. 几个涡流的影响：主要是涡升力的问题，对于翼尖涡，一般都认为其对飞机升力产生负面影响，然而三角形翼的前缘涡对升力有正面作用。可对于三角形翼，翼尖涡和前缘涡似乎没有明确界定？为什么两者的作用会产生差别呢？
  2. CFD结果问题：Fluent算出来的升力和阻力明显是偏大的，虽然报告里当作trivial的细节忽略了，但这其实是一个重要问题，接下来需确定其原因(大概率是黏度忽略引起的)并优化结果。
  3. 求解出完整的飞行轨迹：本来预期接下来做的，但因为作业…这个Fluent肯定也能算(用C写UDF)，但感觉有些烦，还是支持开源，用SU2吧，Python比C更简单些。难点在于相关资料少、要找第三方网格划分软件，而且不知道能不能收敛，总之就慢慢探索吧。
  4. 做一个纸飞机设计平台，感觉这个没什么用，但足够cool。主要是学一些三维设计方面的技术，后期仿真就交给SU2了(没想过自己写求解器)。
  5. 进一步研究几种特殊纸飞机。Collins的视频中介绍了几种特殊纸飞机，感觉很有意思。
  6. 进一步学习空气动力学，当然首先得学好数学基础。
  7. 设计一款纸飞机。我把这个放在最后是因为这个最为困难，对概念的掌握和具体经验要求高。至今纸飞机已经过不断尝试和改进，似乎已经达到了最优阶段，特别Suzanne纸飞机已吸收了所有优化技巧，奠定了“最优”的雏形，之后的改进不过是一些微调罢了。此时再要别出心裁地设计出飞行距离远的纸飞机，在各种意义上都是一个挑战。

什么？你问我研究这个有什么用？
那么就来谈一谈应用前景吧。(开始报告体)

纸飞机是气动性质优良的物理模型，很可能将被应用于微型飞行器的设计中。
微型飞行器，简称MAV (Micro Aerial Vehicle)，指长、宽、高在15 cm以下、质量在10~300g、最佳使用高度在0~150m范围、飞行速度10~20m/s的特殊飞行器，在现代军事和民用方面都有巨大优势。目前正在研究的微型飞行器主要有3种：固定翼架型、旋翼型和扑翼型。

微型飞行器设计的关键因素在于低雷诺数的飞行环境，与高雷诺数环境不同，空气黏性效应相当严重，易导致低升力和高阻力，气面分离和失速的情况也更严重，因此，高雷诺数环境中的飞行器设计经验不能很好地应用于此。

目前的研究重点多集中在鸟类和昆虫的飞行机制，希望通过仿生学设计微型飞行器，但由于机制极为复杂，该方向研究进展缓慢。纸飞机在与微型飞行器类似的低雷诺数环境中飞行，制作成本低，且已经过了不断的尝试和改进，得到现今的形态，必然有其独特优势。因此，纸飞机是微型飞行器设计的重要参考对象。

在此列举一些相关研究：1989年，Kegelman和Roos[1]发现，在低雷诺数三角形翼气流场中，前缘分离特性和前缘涡强度是决定涡升力的重要因素。2001年，Torres和Mueller[2]在几种雷诺数环境下对平板机翼进行实验，发现纸飞机的三角形翼的最大升力系数远大于传统的低展弦比机翼。2004年，Torres和Mueller[3]又通过风洞发现随着迎角的增大，升力中心的位置向机翼后缘移动，这与翼尖涡产生的非线性力有关。2014年，Schlüter[4]通过水洞实验进行了力的测量并显示出流场，又利用LES方法数值模拟，并从空间涡度分布方面对其影响做了简要分析。2020年，Chang M, et al[5]则通过数值模拟验证了Schlüter的实验，对一些经典攻角下的流动机理进行了分析，研究了一种纸飞机的腹间隙对飞行性能的影响。

当然我绝对不是抱着什么希望应用的想法，事实上，我以后也不会研究流体力学之类，对微型无人机更无兴趣。只是因为这个课题足够有趣，我就想去探究，若要探究什么，只需有趣这个理由就够了，我会以这个理由在科学路上永不止步地走下去。

So it’s the end.
Or it’s a new start?

参考

[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).