Asansör ve Flapping Flight'ta Drag'in Temelleri

Sabit uçak statik yüzeyler üzerinde sabit hava akışı ile asansör üretir, ancak biyo-inspired pakping kanatlarının yerine gelen milyonlarca yıllık evrim boyunca rafine edilmesi gerekir.Oyundaki güçler -lift ve sürüklenme - bir mikro hava aracının bir ejderhafly veya aksaklık gibi verimli bir şekilde uçup-parlak robotları gibi uçup, hareket eden yapıların karmaşıklığının nasıl geliştiğini ayrıntılı bir anlayış gerektirir.

Bernoulli Prensinin Ötesinde Asansör Nasıl Yapılır

Asansörin klasik açıklaması - bir eğri üst yüzeyin daha düşük basınç üzerindeki hava akışı - sadece üst düzeyde sabit bir şekilde hava ile ilgili temel sabit hava durumu davranışı kapsar.Fırlatıcı olmayan bir şekilde saldırıya karşı karşıya kalır.Bu vortex, kanattan yukarı doğru çeken bir basınç bölgesi yaratır.Bir kanat dik bir şekilde havadan süpürücükürede, uçarak, uçsuz bir spirale doğru uçabilir ve uçuşa karşı uçabilir.

Kanatlar gibi böcekler ve kasten bu fenomeni istismar ederler. Yüksek hızlı akış görselleştirmesi, LEV'nin inme döngüsü çok fazla ek bir akıştan vazgeçtiği, sabit bir kanatın tamamen kaldırılacağı bir sabitleme ve hızlı çırpıcı frekansının birleşiminin de vücut ve arka planlı havalelerin üzerinde topladığı mekanizmayı ortaya çıkarır.

Kanat morfolojisi, asansör üretiminde kritik bir rol oynar. Aspect oranı, camber dağıtım ve tüm baskının kanat boyunca nasıl dağıtıldığına dair tüm etkiler. Saldırı açısı, sıvı güçler ve uyum nedeniyle kanat boyunca doğal olarak değişir ve ortaya çıkan spanwise akışı, LEV'yi hem de yüzeysel sıvıları çizimle stabilize edebilir. Araştırmacılar genellikle kanat sertlikte% 0,3 oranında etkili yerel açılardan aktif kontrol etmeden önce otomatik olarak sabit bir şekilde değiştirilmesine ihtiyaç duyar.

Drag'i Flapping Wing Aerodynamics'ta Anlamak

Drag sadece hareketle karşı karşıya değildir - kanat uçarak uçuş, parasitik, profil, indüklenmiş ve inersal bileşenler.ETHFLT:0) Parasitic drag) önde gelen kenarlara kadar baskıyı azaltabilecek mikro-parlak polimer filmlerinin varlığı ve iyi saçların veya ölçeklerin varlığı, baskılarını azaltmak için baskıları azaltabilecek mikro ölçekli yüksek çözünürlükte ortaya çıkar.

[FONT=0)Indüktör [Dönderilmiş sürüklenmeler[Dönderlikler) Asansörü etkin bir şekilde yükselten bir altta döndürür ve vortex halkalarını her bir vuruştaki farklılaşmanın gücü önemli ölçüde azaltır.Bir hovering hummingbird, boş bir dizi doğrudan uyanamaz, kanatlarını tekrarlayan veya silerek, kanatlarını tekrarlayan bir şekilde silerek, uçarakt edilen bir şekilde tekrarlanan bir şekilde tekrarlanır.

Daha az belirgin bir bileşen:0)Etkinersel sürüklenme[Dönetici:0) Ayaklanmanın hızlanması ve kanatların kendi kütlelerinin silinmesine neden olan, özellikle de 50 cm'nin üzerindeki sertleştirici enerjilerin azaltılması için gereken temel, özellikle de yüksek çözünürlükte olan ısıtılması gereken önemli yapılardır.

[FONT:0]Profile drag[DÜDÜT:1] Ayrıca dikkati hak ediyor. Düşük Reynolds numaraları mikro hava araçları (1.000- 20.000), ince camlı plakalar genellikle geleneksel hava lekelerinden çıktı çünkü karmaşık tabakaların basit eğriliği kabul etti. Klasik NACA 0012 profili, 10.000'den fazla sürüden reçelasyona sahip bir düz plakaya sahipken, geleneksel bir hava sahasını genişletmiş.

Doğadan Biyo-enspire edilen Tasarım Prensipleri Doğadan Türlenmiş

Hayvanlar asansör-drag ticaret-off için olağanüstü çözümler geliştirdiler. Bu bölüm, mevcut malzemeleri ve eylemcileri ile tam olarak bir hayvan kopyalamamak için tasarlanmıştır.Bu bölüm mevcut malzemeleri ve eylemcileri ile pratik yapmak için.

Böcek Uçuşlarından Dersler

Böcekler 10 ila 10.000 arasında Reynolds sayılarında çalışır, viskoların hükmeddiği ve akış ayrılıklarının neredeyse kaçınılmaz olduğunu belirtiyorlar ve savunmasız asansör mekanizmalarının kullanılmasıyla gelişmiştir.[Düzg:0).dragon[Dönemli ve hind kanatları arasındaki farklar kullanarak, ejderhalar hızlı bir şekilde hareket ederek ve düzeltmeler için kullanılan küçük sertleştirici yüzeylere yol açmadan önce 10 tane çevik kuvvet üretebilirler.

[FONT=0]bumblebee[[Dönetici:0])Aksi-steady aerodinamik modeller; squat, fuzzy vücut ve küçük kanatları, LEVs olmadan hava yoluyla havayı tutmaz ve yakalamaz. Wake yakalama, önceki darbeden ayrıldığım rahatsız havadan soğuduğu gibi, geri dönüşüm kesicilerin içindeki tüm yüzeylerin tekrarlanması için, tümleşik bir yüzeyin tekrarlanması için tekrarlanabilir.

[FONT:0]Butterflies[DÜDÜT:1] düşük kanat yükleme ve esnek forewing-hindwing darbesi ile en az güç tüketimiyle ısıtılması için çırpıcı uçuşa dayanıklı hale getirilmesi için. vücut kütleleri arasında titreyerek, çırpıcı ve enerji tasarrufu sağlar.Bu ilke, yüksek güç tüketimi ile ısıtılan ultra hafif gözetimli hareketle% 30 oranında yükseltilebilir.

Kuşlar ve Bats'tan dersler

Hummingbirds, her ikiyüzlülükte sürekli olarak yukarı doğru giden ve solgun bir rotasyona izin veren tek kuşlardır ve kanatlar boyunca uzatılabilir, yatay bir rakam çizer, bu hareketi robotik veyanoperlerde sürekli olarak yükselterek, uçan rotorlar - omuz eklemi boyunca sabit bir şekilde optimize edilmiş ortamlara izin verir.

Migratory kuşlar, yüksek ve daha düşük yükseklikler arasındaki bisikletle, neredeyse hiç bir çırpıcı fenomenle, yapısal adaptasyonlar - yüksek yönlümdeki rüzgarın uçmasına izin veren uzun vadeli hava araçlarıyla, rüzgarın neredeyse hiçbir şekilde hıza dönüşmesine yol açıyorlar.

[FONT:0)Bat kanatlar[Dönemli: Bir membran derisi parmağı gibi kemiklerin üzerinde sabit bir şekilde kırılmış olan kaslara sahip olduğu farklı akışlar için sonsuz derece özgürlük sağlar. Araştırmacılar bu davranışı taklit eden, tek bir kanattan oluşan cepler oluşturabilirler, farklı uçuş rejimleri boyunca birden fazla işlevi yerine getirmek için.

Kanat Flexability ve Material Selection

Doğa nadiren sert havafoilleri kullanır. Kanatlar bükme, ve kamber pasif olarak aerodinamik yükler altında - yol açan kenarlar sırasında eğimli kanatlar, uçup giden dört gözle görülür bir şekilde saldırı açısını azaltmak için üstlenir.

Flexability ayrıca güç nesli zamanlamasını değiştirir. Aeros, geri dönüşüm enerjileri gibi eğimli elastomerler şimdi benzer enerji kurtarması için mikro-robotik kanatlarda yer alan ve hareket eden yüksek enerjiden gerekli olan yüksek enerji miktarını azaltan bir vücut için en kısa sürede ölçen bir robotla esnek bir şekilde çalışır.

Aerodinamik Phenomena Kanatları

Flapping kanatlar, asla sabit bir duruma erişemediği bir rejimde çalışır. Geçici sıvı dinamiklerini anlamak doğru modelleme ve kontrol için gereklidir. İki fenomen -vortex etkileşimleri ve Reynolds sayısı etkiler - aerodinamik manzarayı hak eder.

Aksine Aerodinamik ve Vortex Interactions

Fırka döngüsü, birbiriyle bağlantılı vortex döngüleri karmaşık bir uyandırma yapısı üretir. altta, bir başlangıç vortex kenardan, bir vortex spiralleri kanattan çıkarır ve bir kök vortex, vücut üzerinde bilinen bir fenomendir.In upstroke, yeni vortices ofverse sign are created, önceki yarı döngüsünden gelenlerle etkileşime gir.If the lower vortex spiralleri doğruysa, bir başlangıç vortex - indüklenmiş bir fenomen ile bilinir.

Daha az araştırılmış etki, askıya alındı:0))))))) Bir sürüklülük ve bazı arılar gibi dakika böcekleri bulunan mekanizmalar. Kanatlar bir araya geldiklerinde, yüksek asansör katlarını bir araya getirirler.

Bir başka uygun olmayan etki ise, toplam güç için önemli ölçüde katkıda bulunabilir - bazen 20-30% - ve dinamik modellerde hesaplanmalıdır. Araştırmacılar, kanat çevreleyen sıvıların hızlandırılmasından kaynaklanan temel katı modelleri ekledi.

Reynolds Sayı ve Ölç Etkileri

Bir goose gibi büyük bir kuş için, meyve uçları için, düşük Re rejimde, akış bölmek ve bölmek için eğilimlidir, ancak sertleştirici bir yüzeyde, yüksek çözünürlükte, 1000 yüksek çözünürlükte bir mikrobiyopla sabitlenmiş bir şekilde sabitlenir.

Scaling yasaları daha da kütleye özgü güç gereksinimlerinin boyut azaltımı olarak artırdığını dikteler. Tiny böcek robotları 50 cm uzunluğundaki zorlu enerji yoğunluklarına veya çok kısa uçuş zamanlarına neden olan sert enerji yoğunluklarına ve yüksek çözünürlüklere güvendiği bir robot.

Mühendislik Zorlukları ve Yenilikleri Flapping-Wing Tools

Biyolojik ilkeleri işlevsel makinelere aktarmak, çok disiplinli problemleri eylem ve malzemeden algılama ve kontrol etme konusunda çözmeyi gerektirir. onlarca yıllık araştırmaya rağmen, sadece bir avuç platform sürekli dış uçuş elde etti.

Türbeler ve Transim Mekanizmaları

Kass yüksek güç ağırlık oranı ve entegre algılama sağlar, ancak yapay hareketleyiciler hala kısa sürebilir. Piezoelektrik biyomorflar yüksek bant genişliği ve doğrudan bükme hareketi nedeniyle böcekli robotlar için popülerdir, ancak yüksek gerilimler talep eder (Döneticisel kas benzeri uyum ve kanatlar kullanarak doğrudan kanatlara yol açabilir.)

Birçok başarılı prototip, yeniden şarj edici bir mekanizma kullanıyor: Bir motor 35-gram kuşluk sistemi doğal frekansında, bu yüzden kanatın sabit enerjisi elastik elementlerde depolanır ve geri döner, elektriksel güç talebi% 50'ye kadar azaltılır. ”-bar bağlantı, kaydıraklar ve tel-kır-pulley sistemlerin her türlü ışık uçlu ısı geçişi, bu tür sabit yükleri kullanarak hafif taşıma noktalarına uygun şekilde çalışır.

Kontrol Sistemleri ve Kararlılık

Flapping-wing araçlar doğal olarak kararsızdır ve kanatlar arasındaki sürekli bir uyum gerektirir.Sağlanan dörtlüten farklı olarak, bireysel motor hızlarına göre, atış kontrolleri modulma hızına ve saldırı açılarına doğru ilerlerken, kanat açısı sol ve sağ kanatlar arasında asimetrik olarak sabit bir şekilde sabitlenir.Bazı tasarımları, genel bir süre boyunca küçük kontrol yüzeyleri içerir; bir an için bölünmüş-küreme sabiti zaman aralığı değiştiricileri kullanın.

Sensörli ölçüm birimleri kullanarak, düşük ağırlıklı görsel odometri, optik akış sensörleri ve gerçek vücut yönlendirmesini elde etmek için uyarlanabilir bir filtreleme.Bir ağaç gibi bir drone navigating through a natural-füzyon algoritmaları, düşük ağırlıklı görsel odometri, optik akış sensörleri, ve uyarlanabilir filtreleme, gerçek vücut yönlendirmesini önlemek için.Bu yaklaşım, geleneksel çerçeve tabanlı kameraların son dereceleri için optimize etmek için 35 gramerli kameraları ve bir nöromorfik işlemcisi gerektiren bir mikropatöre sahip.

Gust reddedilmesi açık bir problem olarak kalır. Bazı takımlar, önde gelen kenardaki küçük baskı sensörleri kullanarak yemi tespit etmiştir; sistem önceden belirlenmiş bir şekilde kanat kinematiklerini birkaç milisaniye içinde rahatsızlıklara karşı koymak için uygular.Bu biyo-inspired stratejisi, meyve sineklerinde gözlemlenen bu hatayı% 60 oranında azaltır.

Numerical Modeling ve Deneysel Geçerlilik

Doğru bir şekilde asansörü tahmin etmek ve makyaj uçuşunda sürüklenmek, gelişmiş hesaplama araçları gerektirir. Harekete geçen ağlarla yüksek sadakat dinamikleri yakalamakta, ancak bilgisayarlı bir sabitleme yöntemiyle günlerini bir kümeye taşıyabilir.Ses-up-tapaj modellerine dayanan modeller, örneğin Gaussian süreci regresyonunu tahmin edebilir ve sürüklenme yöntemleri daha hızlı bir şekilde tasarlayabilir. Araştırmacılar, sadece 100 eğitimden sonra deneyen bir sürüpürücük teste çalışır.

Parçacık görüntüsü velocimetri (PIV) ve güç verici sensörler gibi deneysel teknikler kritik bir doğrulama sağlar. Rüzgar tünellerinde robotik fıstık mekanizmaları ile akış görselleştirme, ortaya çıkan güçteki birden çok bağlantılı halkaların varlığı gibi. Bu deneyler hem teorik modelleri hem de pratik kontrol stratejileri hakkında bilgilendirici bir optik sürüklenme robotun kombinasyonunu 25 kanat kinetiğine kadar ortaya çıkarır.

Uygulamalar ve Future Yollar

Biyo-tanışlı kanat teknolojileri, materyaldeki gelişmeler, eylemciler ve kontrol yoluyla akademik curiositylerden geçer.

Current Use Cases

Böcekler veya küçük kuşlar gibi görünen hayaletler, koridorlarda uçabilir ve dikey yüzeylerde perch, kurtarma veya reconnaissance'da uyarı yapmadan durumsal farkındalık sağlar. Toprak ve perch duvarları kullanarak, claws veya yapıştırıcılar kullanarak duvarlarda, uzun süre boyunca gölgeler bulmak için izin verir.Demirler, bu çevik kuvvetle birlikte, gaz sensörleri ile donduran mikro camlı pencereler ve sertleştirilmiş olabilir.

Tarım uygulamaları da ortaya çıkıyor. Çokspectral kameralar ile donatılmış Flapping-wing dronelar, dörtlülerden kaynaklanan yıkama hasarını tespit ederek, bitkileri yakınlaştırabilir ve düzenli görüntüyü elde edebilirler. Çünkü fıstırıcı araçlar daha az turbulent uyanır, saçılmadan yakın hassas bitkilere çalışabilirler.

Gelişen Araştırma Alanları

Enerji özerkliği en büyük engel olmaya devam ediyor. Güneş destekli makyaj kanatları gösterildi, ancak incir enerjilerini sık sık uçuş başına % 12 artış gösterdi.Swarm istihbaratı başka bir sınır: birden basit makyaj ajanları) ve kanat titreşimleri ile bir araya gelmek, daha büyük bir maaş yükü taşımak veya bir araya gelmek için kullanılan bir biyo-parlama işlemi.

Hava akışına yanıt veren saflık veya sertlik değiştiren adaptive kanat malzemeleri ufuktadır. Akıllı polimerler, gömülü teller tarafından ısınan ve sıralanan bir araç olarak, geniş, esnek ve sonra dash ile öne çıkabilir. Makine öğrenme algoritmalarının geri çekilmesini sağlayan hızlı bir şekilde, darbe sonrası 200 robotun birden fazla ani öğreneceği şekilde çırpınması ve en az ayarlanmayı öğreneceği şekilde fiziksel bir robota uyum sağlamasına izin verir.

Asansör bilimi ve makyaj kanatlarında sürüklenme, sıvı dinamikleri, malzeme bilimi ve kontrol teorisine devam ediyor. Temel ilkeler tasarım araçlarına bağlı olarak, yeni nesil sessiz, çevik ve verimli uçan makineler sessizce kanat alacak, kalan zorlukların üstesinden gelmek - güç yoğunluğu, bağımsızlık ve sağlamlık - daha da yoğunlaşacak teknolojilerle ele alınacaktır ve önümüzdeki on yıl boyunca, fıstıklı uçaklar, normal modeller olarak dörtlü olarak yaygın hale geliyor.