Wetenschappers kijken naar het creëren van kleinschalige klappende vliegmachines

Anonim

Wetenschappers kijken naar het creëren van kleinschalige klappende vliegmachines

Wetenschap

Grant Banks

1 december 2010

2 afbeeldingen

Alexander Alexeev en Hassan Masoud, met hun computermodel van klappervleugelvlucht (Foto: Gary Meek)

Stel je voor dat insectenachtige vliegtuigen in staat zijn tot militaire of civiele bewakingsmissies, onmogelijk voor huidige voertuigen met een vaste vleugel of draaivleugel - kleine vliegende machines die toegang hebben tot gebouwen die door aardbevingen tot puin zijn beperkt, of fungeren als een 'fly-on-the-wall' in de vergaderzalen van vijandige leiders. Dergelijke vliegtuigen kunnen een stap dichter bij realisatie komen, dankzij een doorbraak in ons begrip van hoe klappende vleugels werken.

De zoektocht om de actie van fladderende vleugels na te bootsen heeft mensen in verwarring gebracht sinds Icarus de sprong wagen. Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) zijn met een computermodel gekomen dat een deel van het mysterie van klappervleugelvlucht lijkt te hebben ontrafeld, wat een vergelijkbare lift en manoeuvreerbaarheid oplevert als die bij insecten en vogels.

Het emuleren van de efficiëntie, manoeuvreerbaarheid, wendbaarheid en zweefmogelijkheid van klappervliegen heeft in het verleden voor technische onderzoekers aanzienlijke technische uitdagingen opgeworpen. Dit is te wijten aan een onvolledig begrip van de fysica van klappende vlucht op kleine schalen. De sleutel tot de doorbraak, gemaakt door assistent-professor Alexander Alexeev en zijn afgestudeerde student Hassan Masoud, is tot stand gekomen met behulp van flexibele vleugels die worden aangedreven door een eenvoudige oscillerende slagbeweging. "We hebben vastgesteld dat de eenvoudige op en neer golvende slag van vleugels bij de resonantiefrequentie gemakkelijker te implementeren is en een lift genereert vergelijkbaar met gevleugelde insecten die een aanzienlijk complexere slag gebruiken, " zei Alexeev. "Wanneer u kleinere en kleinere voertuigen wilt maken, verandert de aerodynamica aanzienlijk en wordt modellering belangrijk. We hebben geprobeerd inzicht te krijgen in de flappende aerodynamica door computationele modellen te gebruiken en de aërodynamische krachten te identificeren die nodig zijn om deze zeer kleine vliegende machines te besturen. "

Alexeev en Masoud gebruikten driedimensionale computersimulaties om de lift en de zwevende aerodynamica van flexibele vleugels te verkennen. De vleugels werden verticaal geoscilleerd en konden met behulp van een flexibele vleugelstructuur horizontaal worden gekanteld. De simulaties lieten zien dat lift vergelijkbaar met die van kleine insecten met een significant complexere beroerte haalbaar was. De simulaties identificeerden ook klappende regimes die een maximale lift en maximale efficiëntie mogelijk maakten.

"Deze informatie kan nuttig zijn voor het regelen van de vlucht van microvliegtuigen met klappervleugel, omdat een hoge lift doorgaans alleen nodig is tijdens het opstijgen, terwijl de verbeterde aerodynamische efficiëntie essentieel is voor een lange-afstandsvliegtuigvlucht, " zei Masoud.

De volgende stap voor de onderzoekers is het ontwerpen van microschaalvliegtuigen die dit model toepassen en die onder realistische omstandigheden beheersbaar zouden zijn. Ze onderzoeken ook of vleugels met niet-uniforme structuren en vleugels aangedreven door een asymmetrische slag de resonantieprestaties van klappende vleugels verder kunnen verbeteren.

Details van het onderzoek werden gepresenteerd op de 63e jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society Division of Fluid Dynamics, en verschenen in het meinummer van het tijdschrift Physical Review E.

Een still uit een computeranimatie die het model van Alexeev en Masoud illustreert (Afbeelding: Georgia Tech)

Alexander Alexeev en Hassan Masoud, met hun computermodel van klappervleugelvlucht (Foto: Gary Meek)