بررسی تجربی اثر سطح بر واماندگی دینامیکی یک پرنده بالزن در حرکت رو به جلو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد

2 گروه مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در این تحقیق،اثرسطح بر واماندگی دینامیکی یک پرنده­ بالزن ساده و با بال دارای زاویه شکستگی در پرواز رو به جلو توسط روش تجربی بررسی شده است. برای این منظور، ابتدا یکساز و کاربالزن به همراه تجهیزات نصب در تونل­باد طراحی و ساخته شده است. سپس بالزن ساده و بالزن دارای زاویه شکستگی، در فاصله از سطح 1 و 5/1 برابر طول وتر، فرکانس بالزنی Hz5/3 و زاویه حمله‌های00تا 50/22در تونل­باد با سرعت m/s3 مورد آزمایش قرار گرفته­اند. همچنینبه‌منظور بررسیتأثیر فرکانس بالزنی و فاصله از سطح بر نیروی برآ، نیروی پیشران و توان مفید، بالزن ساده و شکسته با زاویه حمله صفر، در فاصله از سطح­های1، 5/1 و 2برابر طول وتر و فرکانس­های بالزنیHz0، 2، 5/3 و5 درسرعت m/s3تستشده است. نتایج نشان­می­دهند که واماندگی دینامیکی بالزن ساده با کاهش فاصله از سطح، در زاویه حمله کمتری نسبت به بال دارای شکستگی اتفاق می­افتد. در کمترین فاصله از سطح (1 برابر طول وتر)، واماندگی بالزن ساده و بالزن با زاویه شکستگی 1070 به ترتیب در 50/12 و 150 رخ داده­است. علاوه بر این،بالزن با زاویه شکستگی عملکرد بهتری نسبت به بالزن ساده دارد. نتایج این تحقیق نشان می­دهد که با کاهش فاصله از سطح و افزایش فرکانس بالزنی، نیروهای آیرودینامیکی و توان مفید افزایشیافته است.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. Shyy, W., Berg, M. andLjungqvist, D. “Flapping and Flexible Wings for Biological and Micro Air Vehicles”, Prog. Aerosp. Sci. Vol.35, no. 1, pp.455-505, 1999.##
  2. Lavimi, R., Hojaji, M. and Manshadi, MD. “Investigation of the Aerodynamic Performance and Flow Physics on Cross Sections of Dragonfly Wing on Flapping and Pitching Motion in Low Reynolds Number”, Proc. IMechE, Part G: J. Aerospace Engineering. 2017.##
  3. Hojaji, M., Soufivand, M. andLavimi, R. “An Experimental Comparison between Wing Root and Wing Tip Corrugation Patterns of Dragonfly Wing at Ultra-Low Reynolds Number and High Angles of Attack”, J. Appl. Comput. Mech. 2020.##
  4. Muniappan, A., Duriyanandhan, V., Baskar, V. “Lift Characteristics of Flapping Wing Micro Air Vehicle (MAV)”, Int. Conf.AIAA 3rd Unmanned Unlimited Technical, Workshop and Exhibit, Illinois, 2004.##
  5. Muniappan, A., Baskar, V. andDuriyanandhan, V. “Lift and Thrust Characteristics of Flapping Wing Micro air Vehicle (MAV)”, Int. Conf.43rd AIAA aerospace sciences meeting and exhibit, Nevada, 2005.##
  6. Hu, H., Kumar, A.G. andAbate, G.“An Experimental Investigation on the Aerodynamic Performances of Flexible Membrane Wings in Flapping Flight”, Aerosp. Sci. Technol, Vol. 14, no.8, pp. 575–586, 2010.##
  7. Lin, C.S., Hwu, C.,andYoung, W.B.“The Thrust and Lift of an Ornithopter’s Membrane Wings with Simple Flapping Motion”, Aerosp. Sci. Technol., Vol.10, no.2, pp.111–119, 2006.##
  8. Gallivan, P. and DeLaurier, J. “An Experimental Study of Flapping Membrane Wings”, Can. Aeronaut. Space. J., Vol.53,no.2 pp. 35–46, 2007.##
  9. Yang L.J., Hsu C.K. andHan H.C. “Light Flapping Micro Aerial Vehicle Using Electrical-Discharge Wire-cutting Technique”, J. Aircraft., Vol.46,no.6, pp. 1866–1874, 2009.##
  10. Yang L.J., Ko A.F. and Hsu C.K. “Wing Stiffness on Light Flapping Micro Aerial Vehicles”, J. Aircraft., Vol. 49,no.2, pp. 423–431, 2012.##
  11. Mazaheri, K., Ebrahimi, A. “Experimental Investigation of the Effect of Chordwise Flexibility on the Aerodynamics of Flapping Wings in Hovering Flight”, J Fluids Struct, Vol.26,no.4, pp. 544–558, 2010.##
  12. Mazaheri, K., Ebrahimi, A. “Experimental Investigation on Aerodynamic Performance of a Flapping Wing Vehicle in Forward Flight”, J Fluids Struct, Vol. 27,no.4, pp. 586–595, 2011.##
  13. Djojodihardjo,H., Ramli, A.S.S., Wiriadidjaja, S. “Kinematic and Aerodynamic Modelling of Flapping Wing Ornithopter”, Procedia Eng, Vol. 50,no.9, pp. 848-863, 2012.##
  14. Alavi,Z., Djavareshkian, M.H.“Experimental Study on Flapping Wing Geometry and Flapping Motion Parameters in Hovering Flight”, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran, 2014, (In persian).##
  15. Behnam,A. and Djavareshkian,M.H.“Experimental Investigation in Aerodynamic Parameters of a Hummingbird Model”, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran, 2015. (In persian)##
  16. Nan,Y., Karásek,M., Lalami, E. andPreumont, A.“Experimental Optimization of Wing Shape for a Hummingbird-like Flapping Wing Micro Air Vehicle”, Bioinspiration Biomimetics, Vol.12, no.2, pp. 026010, 2017.##
  17. Phan, V., Truong, Q. T.,  Au, T. K. L.,  and Park, H. C. “Optimalflapping Wing for Maximum Vertical Aerodynamic Force in Hover: Twisted or Flat?”, Bioins. Biomim., Vol.11, no. 4, pp. 046007, 2016.##
  18. Stowers, A. K. andLentink, D. "Folding in and out: Passive Morphing in Flapping Wings", Bioinspiration Biomimetics, Vol.10, no.2, pp. 02001, 2015.##
  19. Feshalami,B.F., Djavareshkian, M.H., Zaree, A.H., Yousefi, M. andMehraban, A.“The Role of Wing Bending Deflection in the Aerodynamics of Flapping Micro Aerial Vehicles in Hovering Flight”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: J. Aerospace. Eng.,Vol.233,no.10, pp.3749-3761, 2019.##
  20. Feshalami, B.F., Djavareshkian, M.H., Yousefi, M., Zaree, A.H. and Mehraban,A.A.,“Experimental Investigation of Flapping Mechanism of the Black-headed Gull in Forward Flight”, Part G: J.Aerospace. Eng., Vol.233, no.12, pp.4333-4349, 2018.##
  21. Yu, H., Ciri, U., Malik, A.S. andLeonardi, S. “Decoupled Effects of Localized Camber and Spanwise Bending for Flexible Thin Wing”, AIAA Journal, Vol.58,no.5, pp. 2293-306, 2020.##
  22. Karimian, S. and Jahanbin, Z.“Bond Graph Modeling of a Typical Flapping Wing Micro-Air-vehicle with the Elastic Articulated Wings”, Meccanica, Vol. 55. no. 6, pp.1263-1294, 2020.##
  23. Rayner, J. M. V., “On the Aerodynamics of Animal Flight in Ground Effect,” Philos. Trans. R. Soc. London Ser. B, Vol. 334,no.1269, pp. 119–128, 1991.##
  24. Barber, T.,“Aerodynamic Ground Effect: A Case Study of the Integration of Cfd and Experiments”, Int. J. Vehicle Des., Vol.40,no.4, pp.299-316, 2006.##
  25. Djavareshkian, M.H, Esmaeli, A. andParsania, A.,“A Comparison of Smart and Conventional Flaps Close to Ground on Aerodynamic Performance”,Journal of Aerosace Science and Technology, Vol. 7,no.2, pp. 121-134, 2010.##
  26. Djavareshkian, M.H, Esmaeli, A. andParsani, A.,“Aerodynamics of Smart Flap Under the Ground Effect”,Aerospace Science and Technology,Vol.15,no.8, pp. 642-652, 2011.##
  27. Esmaeilifar, E., Djavareshkian, M.H., Feshalami, B.F. andEsmaeili, A.,“Hydrodynamic Simulation of AnOscillating Hydrofoil Near Free Surface in Critical Unsteady Parameter”, Ocean Engineering,Vol.141, no.1, pp. 227-236, 2017.
  28. Ahmed, M.R. and Sharma, S.D.,“An Investigation on the Aerodynamics of a Symmetrical Airfoil in Ground Effect”, Experiments Thermal Fluid Science,Vol. 29,no. 6,  633-647, 2005.##
  29. Chun, H., Jung, K. andKim, H.,“Experimental Investigation of Wing-in-Ground Effect with Naca6409 Section”,J. Mar. Sci. Technol., Vol.13,no. 4, pp. 317-327, 2008.##
  30. Tang, J.H., Su, J.Y., Wang, C.H. and Yang, J.T.,“Numerical Investigation of the Ground Effect for a Small Bird”, J. Mech.,Vol.29,no. 3, pp.433-44, 2013.##
  31. Su, J.Y., Tang, J.H., Wang, C.H. andYang, J.T., “A Numerical Investigation on the Ground Effect of a Flapping-flying Bird”,Phys. Fluids, Vol.25,no. 9, pp. 093101, 2013.##
  32. Maeda, M. and Liu, H.,“Ground Effect in Fruit Fly Hovering: a Three-dimensional Computational Study”, Journal of Biomechanical Science and Engineering,Vol. 8,no. 4, 344-355, 2013.##
  33. Kim, E.J., Wolf M., Ortega-Jimenez, V.M., Cheng, S.H. andDudley, R. “Hovering Performance of Anna's Hummingbirds (Calypte anna) in Ground Effect”, J. R. Soc. Interface, Vol.11, no. 98, pp. 20140505, 2014.##
  34. Johansson, L.C., Jakobsen, L. andHedenström, A.,“Flight in Ground Effect Dramatically Reduces Aerodynamic Costs in Bats”, Current Biology, Vol.28,no. 21, 3502-7, 2018.##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 27 آبان 1399
  • تاریخ بازنگری: 13 تیر 1400
  • تاریخ پذیرش: 20 تیر 1400
  • تاریخ انتشار: 08 آذر 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار