مطالعه پارامتري به منظوربهينه‌سازي سينماتيكي پرنده بالزن بر مبناي مدل جديد آيروالاستيك

Parametric study for kinematic optimization of flapping wing vehicle using a new aeroelastic model

در اين تحقيق يك مدل‌سازي دقيق سيستمي ‌از پرنده بالزن ارايه شده كه به نوبه خود جديد است و شامل همه پارامترهاي موثر بر عملكرد آن است. مكانيزم بال زدن مزيت‌هاي قابل توجه مانورپذيري و سرعت كم را در ميكرو پرنده‌ها بدست داده است. فعاليت جاري ضمن پرداختن به جنبه‌هاي مختلف مدل‌سازي و تلفيق معادلات آيروالاستيك، امكان يك مطالعه پارامتري جامع را فراهم اورده است. مدل‌سازي بر مبناي توسعه معادلات حاكم بر يك بال انعطاف‌پذير انجام شده و در گام دوم، با قياس داده‌هاي تجربي حاصل از يك سكوي تست استاتيك، اعتبار مدل ارزيابي و تاييد شده است. نتايج حاصل از شبيه‌سازي و مطالعه پارامتري در قالب رفتار ميانگين كميت‌هاي عملكردي ارايه شده است. تغييرات نيروي جلوبرنده، توان مصرفي و راندمان بر حسب سختي پيچشي و نيز سينماتيك بال زدن نشان داده شده‌اند. بر اين مبنا الزامات پرواز بهينه بالزن تدوبن شده است. نتايج اين فعاليت نشان مي‌دهد با تغيير فركانس و بالطبع سرعت رو به جلوي پرنده، مقادير بهينه دامنه بال زدن و پارامتر سختي پيچشي، مستقل هستند. بنابراين با انتخاب مناسب متغيرهاي سينماتيكي مي‌توان با يك سختي معين، همواره در شرايط بهينه پرواز كرد.

A new complete system model of a flapping wing has been derived which consists of all effective parameters. Flapping mechanism can deliver maneuverability as well as low speed flight capability in MAVs. Here a validated aeroelastic model is being developed based on the wing torsional deformation assumption. Based on the proposed model complete parameter study could be performed and consequently the optimization requirements can be extracted. Experimental results of a static test stand have been used for validation. Performance indices, composed of force generated, power consumption and efficiency are depicted in terms of stiffness and kinematic properties. The average behavior is being referred. It is revealed that by changing frequency and speed, the optimum values for stiffness and amplitude are independent. Therefore using suitable kinematics one can utilize specified constant stiffness to optimize the flapping robot flight.