بررسي سرعت القايي و حساسيت سنجي نيروي برا در تيوري المان تيغه براي شبيه سازي حركت بالزن در پرواز ايستا

Investigation of induced velocity and lift sensitivity analysis in blade element theory for simulation of flapping wing in hovering flight

در اين پژوهش ابتدا روش هاي وارد كردن مستقيم و غير مستقيم اثرات القايي جريان در تيوري المان تيغه براي بدست آوردن نيروي برآ در فاز پروازي ايستا براي بال حشره‌ي دروزوفيلا مورد بررسي قرارگرفته است. در ادامه، الگوريتم جديدي براي اصلاح سرعت القايي بر مبناي تيوري جت رانكين-فرود، ارايه شده است. نتايج روش‌هاي پيشين و جديد براي شبيه سازي آيروديناميكي بال اين حشره‌ در پرواز ايستا طي حركات تركيبي بال زدن و پيچش بال با نتايج تجربي منتشر شده براي اين بال مقايسه شده است. نتايج اين مقايسه نشان مي‌دهد كه يكي از مدل‌هاي بر مبناي روش غير مستقيم به عنوان نزديك‌ترين روش به نتايج آزمايشگاهي بهترين پيش‌بيني را دارد. با استفاده از اين مدل، حساسيت نيروي برآي لحظه‌اي و متوسط توليدي بال مدل شده‌ي اين حشره به شش پارامتر ورودي حركتي بال سنجيده شده است. اين پارامترها شامل فركانس بال زدن، اختلاف فاز زماني بين زواياي بال زدن و پيچش بال، حداكثر دامنه‌ي زاويه‌ي بال زدن و پيچش بال و روند تغييرات زاويه‌هاي بال زدن و پيچش بال طي كورس بال زدن مي‌باشند. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش فركانس و دامنه‌ي بال زدن نيروي برآ به نحوي فزاينده افزايش پيدا مي‌كند. همچنين مقداري از اختلاف فاز بين دو زاويه بال زدن و پيچش كه منجر به حداكثر نيروي برآ شده معرفي مي‌گردد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه با سينوسي شدن روند تغييرات زاويه‌ي بال زدن با زمان، نيروي برآي توليدي افزايش پيدا مي‌كند.

In the first part of this study the methods of direct and indirect entering the effect of induced velocity in blade element theory to achieve lift force in hover flight of Drosophila flapping insect are investigated. Then a new algorithm for Induced velocity correction based on Rankin-Froude jet theory and direct method is presented. The results of both previous and new methods to aerodynamic simulation of this insect in hovering flight with combined flapping and pitching angles were compared with published experimental results. The results of this comparison indicate one of the models based on the indirect method as the best way to predict the experimental results. In the second part of this work, the sensitivity of the instantaneous and mean force, produced by insect modeled wing, is examined with change in six wing important motion parameters. These parameters include: flapping frequency, phase difference between flapping and pitching angle, flapping and pitching amplitudes and flapping and pitching variations with respect to time in flapping cycle. The results show that with increasing frequency and flapping amplitude lift gradually increases. Also, range of phase difference percentage between flapping and pitching angle that leads to maximum lift of the wings is introduced. Results also show that sinusoidal variation of flapping angle in the cycle has more lifts than rectangular variation.