Vetenskapsmän ser ut att skapa småskaliga flöjtsvingade flygmaskiner

Anonim

Vetenskapsmän ser ut att skapa småskaliga flöjtsvingade flygmaskiner

Vetenskap

Grant Banks

1 december 2010

2 bilder

Alexander Alexeev och Hassan Masoud, med sin datormodell av flapping-wing flight (Foto: Gary Meek)

Föreställ dig insektliknande flygplan som kan användas för militära eller civila övervakningsuppdrag, omöjliga för nuvarande fastvingar eller roterande vingar - små flygplan som kan få tillgång till byggnader som är nedsatta till stenar genom jordbävningar, eller fungera som en väggen i mötesrummen av fiendens ledare. Sådana flygplan kan vara ett steg närmare förverkligandet tack vare ett genombrott i vår förståelse för hur flappande vingar fungerar.

En strävan efter att efterlikna verkan av flapping vingar har förbryllat människor sedan Icarus tog steget. Forskare vid Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) har kommit upp en datormodell som tycks ha avfärdat en del av mysteriet med flapping winged flight, vilket ger liknande lyft och manövrerbarhet till det som ses i insekter och fåglar.

Emulering av effektivitet, manövrerbarhet, smidighet och svängningsförmåga hos flapping-wing-flyg har pågått betydande tekniska utmaningar för forskare i det förflutna. Detta har bero på en ofullständig förståelse för fysiken hos flakande flygning i småstorlekar. Nyckeln till genombrottet, gjord av assistent professor Alexander Alexeev och hans doktorand Hassan Masoud, har kommit genom att använda flexibla vingar som drivs av en enkel oscillerande flapping motion. "Vi fann att det enkla upp och ner vågformiga slag av vingar vid resonans frekvensen är lättare att genomföra och genererar hiss som kan jämföras med vinge insekter som använder en betydligt mer komplex stroke, " Alexeev sagt. "När du vill skapa mindre och mindre fordon, förändras aerodynamiken mycket och modellering blir viktigt. Vi försökte få insikt i flappande aerodynamik genom att använda beräkningsmodeller och identifiera de aerodynamiska krafter som krävs för att driva dessa mycket små flygmaskiner. "

Alexeev och Masoud använde tredimensionella datorsimuleringar för att utforska lyft och svängande aerodynamik hos flexibla vingar. Vingarna oscillerades vertikalt, och med hjälp av en flexibel vingestruktur kunde vippas horisontellt. Simuleringarna visade att hiss jämförbar med den hos små insekter med en betydligt mer komplex stroke var uppnåelig. Simuleringarna identifierade också flapping regimer som möjliggjorde maximal lyft och maximal effektivitet.

"Den här informationen kan vara användbar för att reglera flygningen av flikvingar-mikroflygplan eftersom högliftning vanligen behövs endast vid start, medan den förbättrade aerodynamiska effektiviteten är avgörande för en långväga kryssningsflygning, säger Masoud.

Nästa steg för forskarna är att designa mikroskaliga flygfordon som tillämpar denna modell och det skulle kunna styras under realtillförhållanden. De undersöker också huruvida vingar med ojämna strukturer och vingar som drivs av en asymmetrisk stroke ytterligare förbättrar resonansprestandan hos flappande vingar.

Detaljer om forskningen presenterades vid 63: e årsmötet i American Physical Society Division of Fluid Dynamics, och framträdde i maj-numret av tidskriften Physical Review E.

En stillbild från en datoranimering som illustrerar Alexeev och Masouds modell (Bild: Georgia Tech)

Alexander Alexeev och Hassan Masoud, med sin datormodell av flapping-wing flight (Foto: Gary Meek)