بررسی تجربی اثر انعطاف‌پذیری بال بر عملکرد آیرودینامیکی پرنده بال‌زن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

پیکره بال‌زن با الهام گرفتن از پرندگان و حشرات در طبیعت طراحی شده است؛ سامانه الکترومکانیکی آن با ایجاد نوسان و حرکت رفت و برگشتی بال وظیفه تامین نیروهای برآ و پیشران را ایفا می‌کند. این پژوهش به بررسی تجربی اثر انعطاف‌پذیری بال بر عملکرد آیرودینامیکی و تولید نیروهای پیشران و برآ می‌پردازد. مشخصات آیرودینامیکی برای سه بال صلب، انعطاف‌پذیر نرم و انعطاف‌پذیر سخت در سرعت 5 متر بر ثانیه، زوایای حمله 0 تا 24 و  بسامد بی بعد شده 0 تا 6/0 مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه آزمون نشان داد تأثیر بسامد بی‌بعد شده بر ضریب برآ با افزایش زاویه حمله بیشتر شده است به گونه‌ای در زوایای حمله بالا خصوصاً در بال صلب ضریب نیروی برآ تا 90 درصد افزایش یافته است. محدوده عملکرد بهینه هر یک از سه پیکره ذکر شده در نتایج پژوهش ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • Kodali D, Medina C, Kang CK, Aono H. Effects of spanwise flexibility on the performance of flapping flyers in forward flight. Journal of the Royal Society Interface. 2017 Nov 30;14(136):20170725.

https://doi.org/10.1016/j.cja.2024.01.006

  • Chang X, Zhang L, Ma R, Wang N. Numerical investigation on aerodynamic performance of a bionic flapping wing. Applied Mathematics and Mechanics. 2019 Nov;40(11):1625-46.

http://dx.doi.org/10.1007/s10483-019-2532-8

  • Soni A, Tiwari S. Three-dimensional numerical study on aerodynamics of non-flapping bird flight. Sādhanā. 2019 Feb;44:1-5.

http://dx.doi.org/10.1007/s12046-018-1018-4

  • Deshpande P, Modani A. Experimental investigation of fluid–structure interaction in a bird-like flapping wing. Journal of Fluids and Structures. 2019 Nov 1;91:102712.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2019.102712

  • Voloojerdi MR, Mani M. Aerodynamic characteristics of conventional and innovative high lift swept wings. Journal of Bionic Engineering. 2019 May;16:432-41.

http://dx.doi.org/10.1007/s42235-019-0035-2

  • Ramezani Voloojerdi M, Mani M. Experimental investigation of the effect of flapping on the lift and thrust forces of 3D-wing. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering. 2021 May 22;53(3 (Special Issue)):1697-708. (In Persian)

https://doi.org/10.22060/mej.2021.15292.6090

  • Djavareshkian MH, Azargoon Y. Empirical study of the ground effect on the dynamic stall of a flapping wing in forward flight. Fluid Mechanics & Aerodynamics. 2021 Nov 29;9(2):113-24. (In Persian)

https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23223278.1399.9.2.9.9

  • Poshtan J, Leyci S. Altitude cascade control of an avian-like flapping robot considering articulated wings and quasi-steady. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering. 2021 Jun 22;53(4):2137-54. (In Persian)

https://doi.org/10.22060/mej.2020.17937.6691

  • Beaumont F, Murer S, Bogard F, Polidori G. Aerodynamics of a flapping wing as a function of altitude: New insights into the flight strategy of migratory birds. Physics of Fluids. 2021 Dec 1;33(12).

http://dx.doi.org/10.1063/5.0071910

  • Tangermann E, Ercolani G, Klein M. Aerodynamic behavior of a biomimetic wing in soaring flight–A numerical study. Flow, Turbulence and Combustion. 2022 Nov;109(4):1155-73.

http://dx.doi.org/10.1007/s10494-022-00366-2

  • Changchuan XI, Nongyue GA, Yang ME, Yue WU, Chao YA. A review of bird-like flapping wing with high aspect ratio. Chinese Journal of Aeronautics. 2023 Jan 1;36(1):22-44.

https://doi.org/10.1016/j.cja.2022.06.009

  • Chen Y, Wang C, Zhao J, Wang S. Lift of a bio-inspired flapping wing with a dynamic trailing-edge flap in forward flight. Physics of Fluids. 2023 Apr 1;35(4).

https://doi.org/10.1063/5.0146636

  • Zhao M, He W, He X, Zhang L, Zhao H. Design and performance analysis of different cambered wings for flapping-wing aerial vehicles based on wind tunnel test. Robotic Intelligence and Automation. 2024 Aug 29;44(5):698-712.

http://dx.doi.org/10.1108/RIA-01-2024-0006

  • Addo-Akoto R, Han JS, Han JH. Leading-edge curvature effect on aerodynamic performance of flapping wings in hover and forward flight. Bioinspiration & Biomimetics. 2024 Jul 15;19(5):056007.

https://doi.org/10.1088/1748-3190/ad5e50

  • Wu G, Deng S, Li Q. Influence of area distribution along the span direction on flapping wing aerodynamics in hover based on numerical modelling analysis. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2024 Jan 16.

https://doi.org/10.1109/JSTARS.2024.3354274