人们身边常有昆虫飞过。小的只有小米粒般大小；大的，比如蜻蜓，翅长也不过5厘米。它们能悬停、跃升、急停、快速加速和转弯。我们在惊叹其高超飞行技能之余，很少会进一步想这些昆虫为什么会飞？怎么样才能使这些昆虫飞得更加平稳？支持昆虫体重的力是如何产生的？

研究进展

孙茂教授怀着对昆虫飞行的强烈好奇心，带领他的研究小组十几年如一日，研究果蝇、蜜蜂、蜻蜓等昆虫飞行的空气动力学和力学原理，经过长达16年的系统、深入研究，揭示了新的气动力机理，完善了拍动飞行的空气动力学，完成了从基本方程建立到动稳定性和可控性分析一整套工作，对昆虫拍动飞行外部力学领域的发展 起了实质性推动作用。

他们研究了16年的心血—昆虫飞行的空气动力学和飞行力学项目获得2013年度国家自然科学二等奖。20篇代表性论文被他人大量引用；升力和能耗的研究结果被著名刊物J.Exp.Biol.三次撰文介绍；飞行动稳定性和控制的研究结果被国际权威综述刊物 Progress in Aerospace Science和Non-linearDynamics用大量篇幅综述；项目组中一名博士生获得全国百篇优秀博士论文奖，一名博士生获得全国百篇优秀博士论文奖提名奖。

瞄准国际前沿

团队负责人孙茂教授1978年毕业于北京航空学院空气动力学专业，1981、1983年分别在美国普林斯顿大学航空工程系取得硕士和博士学位，1983－1985年在美国马里兰大学做博士后工作。回国后孙茂主要从事飞机、直升机的研究工作，但他发现力学作为古老的学科已经有几百年的历史了， 经典力学已经有非常成熟的理论。他想寻找能够做到国际前沿的新的研究方向。

一个偶然的机会，孙茂看到了一本生物力学的书，发现动物飞行与游动方面的研究大多是定性研究，没有定量研究。飞机是如何飞的已经能够很好的解释，而昆虫是如何飞的，则没有理论能够解释，他就希望将航空科学中发展起来的计算流体力学方法和飞行力学理论引入生物学领域，并与新的实物观测技术相结合来进行研究，以期达到该领域的国际前沿。

带着科学家本初的好奇心，孙茂于20世纪90年代中期开始了昆虫飞行的空气动力学和飞行力学的研究，用流体力学的专业知识去解决生物学上的一些问题成为了他关注的新方向。

上世纪90年代，人们对拍动翼的升力机理的研究只有初步结果；对拍动飞行的能耗、稳定性及控制的研究是空白。孙茂教授和他的博士生们利用生物学家们的一些原始数据对昆虫的飞行进行力学方面的研究，系统深入地研究这些问题，以期为微型飞行器研制提供力学基础，为昆虫生物学研究提供力学依据。

研究之初，他们发现，昆虫飞行时，翅膀快速拍动和翻转，产生平衡重量的升力。因翅膀尺寸小，故相对空气的速度很小，从而，无量纲升力很大，是飞机机翼 的三倍。已有理论不能解释此“高升力”。剑桥大学科学家用较大的昆虫进行了流动观测，用机械模型进行了测力实验，但因无法得到流动细节，不能完全解释高升 力机理。 

孙茂教授带领他的研究生经过16年的潜心研究，揭示了二个昆虫产生非定常高升力的新机制；指出影响不同昆虫拍动翅的气动力系数的主控参数为雷诺数且飞 行的能耗随飞行速度的变化关系近似为J形曲线，而不像飞机的那样为U形曲线；揭示了昆虫飞行是动不稳定的，但该系统是可控的。研究结果为设计开发新概念微型飞行器提供重要的力学基础和有益的启示；同时，为的研究昆虫生理学、行为学、神经生物学等提供力学依据。

哈佛大学生物力学家E.Tytell在 J.Exp.Biol[2004,207(7)]的评论专栏中指出：在Sun和Du发表于ActaMech.Sinica上的论文中，他们实现了实验研究者不敢想的‘梦想’。”“他们还作了一个令人感兴趣的预测：尺寸大的昆虫可以从肌肉的弹性储能作用中获益。更重要的是，他们的工作表明了计算流体力学在这 类研究中是大有可为的”。国际权威综述刊物ReviewsofModernPhysics（影响因子43.9）也于近期邀请孙茂教授写该领域的综述文章。

（链接地址：http://www.buaa.edu.cn/zt/zt_kxyj/xiaokunchong.htm）

孙茂教授简介：

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