Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Experimental study and neural network modelling of aerodynamic and dynamic characteristics of flapping wings micro aerial vehicle

Czekałowski P., Sibilski K., Żyluk A.

Journal of KONES

|

2018

|

Vol. 25, No. 4

49--57

EN

The article is close connected with building flying object, that fly like an insect (entomopter). Present work concerns on concept of aerodynamic model using artificial neural networks. Model is used in simulations of flight of entomopter. Aerodynamic model based on experimental data. Necessary data are taken from experiment performed in water tunnel on entomopter model. For this case dynamic test are required. Measurements are ducted during sinusoidal motion of whole model. Modelled object is dipterous. Each wing can perform various spherical motions (wing is rotated around point). The motion of the wing in this case was two-dimensional; it was rotated around two axis. As a model, specially trained neural network is used. For training are used data from measurement. Presented in this article approach is based on artificial neural networks. In this article, innovative concept of model, describing unsteady aerodynamics of entomopter was proposed. It was shown that it could be easily implemented as mathematical model. Unsteady effects related to many state variables can be easily captured. Model can be easily adopted to predict different states of flight by networks training on appropriate data. Test has to reproduce real conditions as close, as it is possible. In reality, it is challenging to design test that will reproduce similar motion.

2

Budowa i cechy konstrukcyjne mikro-aparatu bezzałogowego w układzie entomoptera

Lichoń D.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

7852-7858, CD2

PL

Entomoptery, czyli aparaty latające naśladujące lot owadów są obecnie niszową i rozwijającą się kategorią bezzałogowych aparatów latających. Niewielkie rozmiary oraz fakt zastosowania ruchomych skrzydeł jako napędu nadaje tego rodzaju urządzeniom możliwość wykonania lotu i swobodę manewrowania przy małych prędkościach lotu (rzędu 0 - 5 m/s). Badania mikro-aparatów bezzałogowych w układzie entomoptera należy uznać za potrzebne, ponieważ otwierają potencjalnie nowe pole zastosowań aparatów latających, do których zaliczają się loty w zamkniętych bądź ograniczonych przestrzeniach (budynki, tunele czy obszary leśne), nierzadko wypełnionych przeszkodami. W niniejszej pracy skupiono się na badaniu możliwości budowy entomoptera przy wykorzystaniu łatwo dostępnych i relatywnie tanich podzespołów oraz materiałów. Zwrócono uwagę na cechy konstrukcyjne głównych zespołów entomoptera istotne z punktu widzenia nadania pożądanych własności lotnych. Badania wykonano z wykorzystaniem m. in. działającego egzemplarza entomoptera, którego budowę wzorowano na mikrorobocie „DragonFly” (niedostępnym obecnie na europejskim rynku).

EN

Entomopters, or flying machines that mimic the flight of insects are currently a niche and growing category of unmanned flying devices. The small size and the fact that the use of flapping wings propulsion gives this kind of devices possibility of flight and maneuverability at low flight speeds (in range of 0 - 5 m/s). Research on entomopter unmanned systems should be considered as necessary as it opens a new field of potential applications of flying machines, which include flights in enclosed or confined areas (buildings, tunnels or forest areas), often filled with obstacles. This paper focuses on the study of the possibility of building entomopter using easily available and relatively low cost components and materials. Attention was drawn to the design features of main components of entomopter important from the point of view of shaping desirable flight properties. The researches were carried out using working model of entomopter, which construction was based on "DragonFly" microrobot (currently not available on European market).

3

Wpływ sposobu zmiany kąta nastawienia skrzydła na obciążenia aerodynamiczne

Czekałowski P., Sibilski K.

Modelowanie Inżynierskie

|

2013

|

T. 17, nr 48

19--27

PL

Artykuł opisuje badania doświadczalne przeprowadzone w tunelu wodnym. Obiektem badawczym był wyskalowany robot naśladujący ruch skrzydeł entomoptera. Urządzenie umożliwia dowolne modyfikowanie sposobu ruchu skrzydeł. Celem pracy jest znalezienie optymalnego sposobu ruchu skrzydeł, który zapewni najlepsze osiągi obiektowi rzeczywistemu. Doświadczenie polegało na pomiarze sił aerodynamicznych oraz momentu obrotowego wygenerowanych przez robota. Na podstawie wyników możliwe jest wyznaczenie potrzebnej mocy do lotu. Podczas eksperymentu zmianie ulegała kinematyka ruchu skrzydeł. Modyfikowany był sposób zmian kąta nastawienia skrzydła. Parametrami była zarówno amplituda oscylacji, jak i średnie położenie.

EN

The article is about empirical investigation conducted in water tunnel. As object dynamically scaled robot, that can imitate entomopters wing motion was used. The machine can perform various kinematics of motion. The aim of work is to find optimal wing motion, which provides best performance of real entomopter. The idea of experiment was to measure aerodynamic forces and torque generated by model. Busing on results it is possible to calculate required power for flight. During tests trajectory of wing motion was changed. The way of change of pitch angle was parameterized. Additionally flow field was analyzed using visualization.

4

Wpływ prędkości lotu entomoptera na generowane obciążenia aerodynamiczne

Czekałowski P., Sibilski K.

Modelowanie Inżynierskie

|

2012

|

T. 14, nr 45

206--212

PL

Przedstawiony artykuł ściśle nawiązuje do prac nad stworzeniem obiektu latającego, który generuje siłę nośną tak jak latające owady, czyli entomoptera. Przedstawiona praca dotyczy badań doświadczalnych prowadzonych na mechanizmie trzepoczącym pracującym w tunelu wodnym. Obiekt wyposażony jest w dwa skrzydła. Każde z nich może wykonywać dowolny ruch kulisty (obrót wokół punktu). Celem pracy było wyznaczenie maksymalnych prędkości lotu i uzyskiwanych wartości sił nośnych obiektu dla różnych sposobów ruchu skrzydeł. Eksperyment polegał na pomiarze sił hydrodynamicznych generowanych przez obiekt za pomocą wagi tensometrycznej. Ruch skrzydeł odbywał się w jednej płaszczyźnie. Parametrami doświadczenia były prędkość postępowa oraz kąt pochylenia płaszczyzny trzepotania. Uzyskane wyniki pozwalają na przewidzenie maksymalnej prędkości lotu rzeczywistego obiektu dla zadanego udźwigu, wskazują ewentualne sposoby poprawy osiągów. Dają również istotne informacje z punktu widzenia mechaniki lotu, a konkretnie stateczności podłużnej układu trzepoczącego. Artykuł oprócz analizy wyników eksperymentu zawiera także opis metodologii pomiarów.

EN

The article is close connected with building flying object, that fly like an insect (entomopter). Present work concerns on experimental investigations conducted on flapping mechanism in water tunnel. The object is dipterous. Each wing can perform various spherical motions (wing is rotated around point). The aim of work is to find maximal cruise flight speed and the way, how the lift force is changing due to this speed. The experiment consist of measurements of hydrodynamic forces generated by object. The motion of the wing in this case was two dimensional, it was rotated around two axis. Forward velocity and angle of inclination of flapping plane were parameters of the experiment. Test was performed for various pitch angle trajectories. In addition, pitching moment and lift force derivatives of the forward velocity were designated.

5

Modelowanie i symulacja dynamiki lotu entomoptera

Jaroszewicz A.

Modelowanie Inżynierskie

|

2009

|

T. 7, nr 38

77-85

PL

W artykule została przedstawiona analiza sił aerodynamicznych oddziaływających na skrzydła owadów i ptaków, w odniesieniu do miniaturowego obiektu latającego - entomoptera. Całkowita siła aerodynamiczna jest równa sumie składowych sił ustalonych i quasi-ustalonych, generowanych w wyniku zjawisk związanych z niestacjonarnością przepływu na skrzydle entomoptera. Zaproponowany model dynamiczny ruchu skrzydła po wprowadzeniu sił aerodynamicznych może zostać wykorzystany do modelowania i symulacji dynamiki lotu obiektów wzorowanych na technice lotu owadów i ptaków.

EN

This paper describes recent results on the design and simulation of a flight dynamic Micromechanical Flying Insect (MFI), a 10-25 mm (wingtip-towingtip) device eventually capable of sustained autonomous fight. In particular, I provide a methodology to approximate the time-varying dynamics caused by the aerodynamic forces with a time-invariant model. The experimental results show a good agreement with published data and the aerodynamic model compares well with the experimental results.

6

Some problems of micro air vehicles development

Galiński C., Żbikowski R.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2007

|

Vol. 55, nr 1

91-98

EN

This paper is an overview of the application potential and design challenges of micro air vehicles (MAVs), defined as small enough to be practical for a single-person transport and use. Four types of MAVs are considered: 1) fixed-wing, 2) rotary-wing, 3) ornithopters (bird-like flapping) and 4) entomopters (insect-like flapping). In particular, advantages of a propeller-driven delta wing configuration for type 1 are discussed. Same detail is also given for type 4, the least understood of the four, including a new concept of manoeuvre control for such MAVs. The paper concludes with a brief prognostic of the future of each MAV type.

7

Kluczowe problemy w projektowaniu mikrosamolotów i entomopterów

Galiński C.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2006

|

z. 214

3-150

PL

Praca przedstawia przegląd technologii stosowanych dla mikrobezzałogowych statków powietrznych (MBSP). MBSP to obiekty latające zdolne do wykonywania użytecznej pracy, wystarczająco małe, aby mogła je obsługiwać jedna osoba i bezpieczne w eksploatacji na silnie zaludnionym terenie. Praca składa się z trzech części. Pierwsza opisuje temat ogólnie. Druga część prezentuje osiągnięcia autora w dziedzinie projektowania mikroentomopterów. Część trzecia przedstawia wyniki prac badawczych autora dotyczących rozwoju mikrosamolotów. Podsumowanie kończy pracę. Ogólny opis tematu zawiera krótką historię rozwoju MBSP, przegląd stosowalnych teorii, technik i technologii. Ponadto przeanalizowano główne problemy rozwoju MBSP oraz możliwości zastosowań. Autor twierdzi, że mikrosamoloty mogą być używane na otwartej przestrzeni, śmigłowce na terenach zurbanizowanych a mikroentomoptery wewnątrz budynków. Mikroornitoptery potraktowano jako zbyt skomplikowane, aby były użyteczne w chwili obecnej. Na koniec przedyskutowano potencjał badawczy każdego z układów. W części drugiej opisano dwie konstrukcje stanowisk badawczych mikroentomopterów. Entomoptery są obiektami latającymi, których konstrukcja jest zainspirowana aerodynamiką owadów. Owady latają wahając w górę i w dół oraz przekręcając skrzydłami w dużym zakresie kątów przy równoczesnym machaniu do przodu i do tyłu. W trakcie tego ruchu końcówka skrzydła porusza się w przybliżeniu po trajektorii w kształcie cyfry osiem, a kąt natarcia skrzydła, dzięki przekręcaniu, zmienia się znacząco. Celem opisanych tu badań było zaprojektowanie i zbudowanie dwóch podobnych do owadów mechanizmów trzepoczących o gabarytach rzędu 150 mm. Głównym celem było stworzenie stanowisk badawczych do badań aerodynamicznych zawisu, ale również stworzenie prototypu przyszłego trzepoczącego MBSP. Rozważano trzy przypadki wyidealizowanych trajektorii w kształcie cyfry osiem: (1) lemniskata Bernoulliego, (2) krzywa Watta szóstego stopnia, (3) krzywe Lissajous. Pierwsza z nich okazała się atrakcyjna teoretycznie, ale niepraktyczna, pozostałe zaś zarówno teoretycznie, jak i praktycznie wykonalne. Najważniejsze skróty Mechaniczna realizacja krzywej Watta szóstego stopnia miata być oparta na połączeniu czworoboku przegubowego z przegubem przestrzennym, podczas gdy krzywe Lissajous byty generowane przez podwójny sferyczny mechanizm jarzmowy z jarzmami stożkowymi. W obu przypadkach mechanizmy uzupełniono krzyżem maltańskim w celu wygenerowania przekręceń skrzydła. Krótko opisano projekt, wykonanie i badania obu mechanizmów. Trzecia część pracy jest poświęcona projektowaniu mikrosamolotów. Kilka prototypów MBSP w układzie stałopłata zbudowano dotychczas w różnych ośrodkach badawczych na świecie. Mają one dosyć dobre osiągi w zakresie długotrwałości i zasięgu. Jednakże mają one trudności z lataniem w turbulentnej ziemskiej warstwie przyściennej, która powoduje znaczną zmienność kąta natarcia. Potencjalne rozwiązanie tego problemu dostrzeżono w trakcie opisanego tu projektu, gdy MBSP w układzie delty wykazał się zdolnością wytwarzania wiru krawędziowego. Wir krawędziowy jest dobrze znanym zjawiskiem, pozwalającym na projektowanie wysokomanewrowych samolotów bojowych, zdolnych do lotów na bardzo dużych kątach natarcia. Wiele z nich jest budowanych w układzie pasmowego skrzydła delta. Założono, że wysokomanewrowy MBSP mógłby być stateczny w silnej turbulencji. Niestety integracja pasmowego skrzydła delta z napędem śmigłowym nie była łatwa. Napęd śmigłowy wydaje się najlepszy dla MBSP w układzie stałopłata. Jednakże śmigło umieszczone z przodu samolotu zmniejszałoby lokalnie kąt natarcia, likwidując możliwość powstania wiru krawędziowego. Z drugiej strony, konfiguracja pchająca byłaby niebezpieczna przy starcie z ręki, jako że kontakt śmigła z ręką osoby wypuszczającej mógłby powodować zarówno zranienia, jak i uszkodzenia samolotu. W związku z tym śmigło umieszczono w szczelinie wewnątrz obrysu skrzydła. W tej konfiguracji strumień zaśmigłowy omywa bezpośrednio powierzchnie sterowe, co jest traktowane jako dodatkowa zaleta, niemal równoważna sterowaniu wektorem ciągu w nowoczesnych samolotach myśliwskich. Model o takiej konfiguracji był testowany w tunelu aerodynamicznym w celu zbadania interferencji pomiędzy strumieniem zaśmigłowym a wirem krawędziowym. Wynik był pozytywny, gdyż wpływ wiru krawędziowego okazał się silniejszy z silnikiem włączonym niż wyłączonym. Następnie zbudowano MBSP do prób w locie. Próby te potwierdziły zalety opisanej konstrukcji. Podsumowanie zawiera wnioski wysnute na podstawie badań przedstawionych w tej pracy, jak również opis planowanych projektów, które mają być podjęte w celu zastosowania dotychczasowych osiągnięć.

EN

This work presents a review of Micro Air Vehicles (MAV) technology. MAV's are defined as flying objects capable of executing useful tasks, small enough to be operated by one person and safe in highly-populated area. It consists of three main parts. The first section describes the subject in general. The second part presents the author's achievements in the area of micro-entomopters design and the third part presents the results of the author's research program devoted to the development of micro-airplanes. The summary concludes the work. The general description outlines a brief history of MAV and reviews existing theories, techniques and technologies applicable. The main problems of MAV development and possible applications are also discussed here. The author asserts that micro-airplanes can be used for open space applications, helicopters for outdoor urban applications whereas micro-entomopters are best for indoor applications. Micro-ornithopters are perceived as being too complicated to be useful at the moment. Finally research potential is discussed. The second part describes two designs of a micro-entomopter test rig. Entomopters are flying vehicles inspired by the aerodynamics of insects. Insects fly by oscillating (plunging) and rotating (pitching) their wings through large angles, while sweeping them forwards and backwards. During this motion the wing tip approximately traces a figure-of-eight and the wing changes the angle of attack (pitching) significantly. The aim of the work described here was to design and build two insect-like flapping mechanisms on a 150 mm scale. The main purpose was to construct test rigs for aeromechanical research on hovering, but also to provide a prototype design for a future flapping wing MAV. Three instances of idealized figure-of-eight were considered: (1) Bernoulli's lemniscate, (2) Watt's sextic, and (3) Lissajous curves. The first of which was found theoretically attractive, but impractical, while the others both theoretically and practically feasible. The mechanical realization of Watt's sextic was to be based on a four-bar linkage combined with a spatial articulation, while Lissajous curves were generated by double spherical Scotchyoke mechanism. In both cases, mechanisms were supplemented by a drive train utilizing a Geneva wheel for a wing-pitch reversal. The actual design, implementation and testing of these conccpts is briefly described. The third part of the work is devoted to the design of micro-airplanes. Several prototypes of fixed wing MAV have been built to date, in different parts of the world. They have achieved quite a good range and endurance performance. However, they suffer from near Earth boundary layer turbulence that creates a high variation in the angles of attack. The potential solution to this problem was noted in the course of the project described here, when delta wing MAV configuration exhibited the existence of leading edge vortex. Leading edge vortex is a well-known phenomenon that allows the design of supermaneuverable jet fighters, capable of flying at very high angles of attack. Many of them utilize a cranked delta wing configuration. It was assumed that highly maneuverable MAV could be stable in turbulent air. Unfortunately, the integration of the cranked delta wing with propeller propulsion was not straightforward. Propeller propulsion seems to be most suitable for a fixed wing MAV. A propeller at the front of the vehicle would decrease the angle of attack locally, thus negating the effect of the leading edge vortex. On the other hand, a pusher configuration would be dangerous for hand launching, as direct physical contact with the propeller by the launching person could cause both personal injury as well as damages to the airplane. Therefore, an airplane configuration was developed with the propeller located in a slot inside the wing contour. The propeller blows directly at the control surfaces in this configuration, which is perceived as an additional advantage, almost equivalent to the thrust vectoring of a modern fightcr airplane. The model of this configuration was tested in the wind tunnel to investigate the co-opera-tion of the leading edge vortex with the propeller stream. The results were positive since the effect of the leading edge vortex appeared to be stronger in motor ON mode than in motor OFF mode. Later on, a MAV was built to test this configuration in flight. The flight testing confirmed the positive characteristics of this design. The summary contains conclusions drawn from all aspects of this work, as well as a descriplion of future projects to be undertaken in order to implement current achievements.