اثر تغييرات متناوب زاويه حمله بال بر نيروي برا در فرآيند بال زدن پرنده با هندسه بال متغير

Effect of periodic variations of wing’s angle of attack on flapping lift force with variable wing geometry

از جمله تحقيقات در حوزه ربات‌هاي پرنده، طراحي فرآيند بال‌زدن به شكلي است كه بتواند بازدهي بالاتر و قدرت مانور بيشتري داشته باشد. قدرت مانور بيشتر از طريق هندسه بال متغير قابل حصول است و براي بازدهي بيشتر، استفاده از اثر تغييرات زاويه حمله بال ميسر است. اثر مثبت زاويه حمله معمولا بصورت زاويه حمله ثابت در سيكل بال زدن قبلا نيز مورد توجه بوده است. بررسي اثر تغييرات زاويه حمله بال در هر سيكل بال‌زدن، محور اصلي بحث اين مقاله است. در اين مطالعه ابتدا مدل سه بعدي بال تهيه شده و سپس در نرم افزار انسيس فلوئنت، نيروي برا حاصل از بال زدن پرنده با هندسه بال متغير محاسبه مي شود. تغييرات زاويه حمله بصورت متناوب و با فركانسي معادل فركانس بال زدن است. ابتدا عملكرد مدل عددي با نتايج تحقيقات قبلي روي مدل يك بال با زاويه حمله ثابت صحه سنجي مي شود. سپس شبيه سازي عددي فرآيند بال زدن براي مدل بال با زاويه حمله متغير بررسي مي شود. نتايج بدست آمده نشان دهنده اين واقعيت است كه بهبود بازدهي فرايند بال زدن و افزايش نيروي برا به مقدار بيش از ده درصد است با اين روش امكان پذير است.

Recently many researches are being conducted on flying robots. One field is to design the flapping kinematics to achieve better performance and maneuverability. Better maneuverability is achievable via variable wing geometry and for better performance, the effect of wing’s angle of attack can be considered. Positive effect of angle of attack is studied before however, variations of angle of attack in a flapping cycle is the main subject in this paper. Three dimensional model of wing and body is inserted in ANSYS-FLUENT and aerodynamic lift force is simulated and calculated. Each wing is modeled as a two-part mechanism with relative motion. Comparing to previous studies, wings’ angle of attack periodically changes which is more similar to natural flapping and improves efficiency. Change rate of this variations is equal to flapping frequency. At first numerical simulations are verified by a previous study on a wing with fixed angle of attack. Then the wing with variable angle of attack is numerically simulated. Results show that an improvement of the lift force for more than ten percent is achievable by this method.