مدلسازي و خطي‌ سازي مود طولي براي بالزن شبه‌ سنجاقك با دم صلب فعال

Modeling and linearization of longitudinal dynamics for a flapping wing micro aerial vehicle dragonfly-like with active rigid tail

هدف اصلي در اين مقاله مدلسازي و شبيه‌سازي ديناميك پرواز براي ريزپرنده بالزن شبه‌ سنجاقك با مكانيزم كلپ‌ فلينگ دوبل و داراي دم صلب فعال مي‌باشد. اين مقاله به شبيه‌سازي ديناميك پرواز يك بالزن شبه‌سنجاقك كه بتواند از حركات دم نيز براي پايداري مود طولي استفاده كند، مي‌پردازد. ابتدا با روش كين معادلات حركت مود طولي استخراج مي‌شوند. سپس معادلات آيروديناميكي برا و پساي ريزپرنده دل‌فلاي2 و شبيه‌سازي گيربكس به معادلات حركت بدست‌آمده با روش كين اضافه مي‌شود. همچنين يك ساختار جديد براي ريزپرنده بالزن شبه‌سنجاقك ارائه مي‌گردد كه در آن حركت دم مشابه حركت دم حشرات در مود طولي استفاده شده‌‌‌است. در اين كار از حركت دم بعنوان سطح كنترلي(الويتور) استفاده نشده، بلكه از گشتاور يك دم صلب بعنوان گشتاور كنترلي استفاده مي‌شود.اختلاف دور موتورها منجر به تراست تفاضلي شده و بعنوان ورودي كنترلي باعث گشتاور پيچ مي‌شود. معادلات گيربكس هم بصورت يك مكانيزم چهارلينكي شبيه‌سازي مي‌شود و سپس نتايج شبيه‌سازي معادلات غيرخطي مورد بحث قرار مي‌گيرد. در‌نهايت با فرضياتي مناسب معادلات ديناميك و آيروديناميك و گيربكس تواما خطي‌سازي شده و به فرم فضاي حالت ارائه مي‌شود و پاسخ مدل خطي‌سازي‌شده در حالت حلقه‌باز با ايجاد شرايط اوليه مناسب براي موتورها با پاسخ غيرخطي مقايسه خواهد شد.

The main purpose of this paper is to model and simulate flight dynamics for a flapping wing micro aerial vehicle dragonfly-like with two pair clap and fling mechanism and active rigid tail. This article simulates the flight dynamics of a micro aerial vehicle dragonfly-like that can also use tail movements for longitudinal stability. Initially, using Kane's method, the equations of motion of the longitudinal mode are obtained. Then aerodynamics forces of Delfly II micro aerial vehicle and gearbox simulation are added to the equations of motion. Also, a novel design for a flapping wing micro aerial vehicle dragonfly-like is presented, in which tail movement is similar to the movement of insect tails in longitudinal mode. In this work, the tail movement is not used as an elevator, but the rigid tail movement is used as a control torque. The difference in brush motor rpm leads to differential thrust and pitch moment generation, similar to a quadrotor. Finally, the dynamic equations and aerodynamics and gearbox are all linearized and presented as state-space equations. Also, the response of the open-loop linearized model is compared with the nonlinear response by creating suitable initial conditions for the brush motor rpm.