تحلیل سینماتیکی مکانیزم بال‌زن با بال‌های دوتکه براساس آیرودینامیک غیرخطی شبه‌پایا

Abstract

دراین مقاله، باهدف محاسبه‌ی نیروهای آیرودینامیکی شبه‌پایای بال‌زن با بال‌های دوتکه به تحلیل سینماتیکی مکانیزم بال‌زدن روبه‌بالا و روبه‌پایین پرداخته می‌شود. ابتدا مکانیزم مناسب برای مدل‌سازی پرواز این پرندگان، با استفاده از الگوی کمپف که علاوه‌بر سادگی مکانیزم ازنظر تعداد درجات آزادی، حرکت بال‌زدن آنها را که شامل حرکت غیر‌هم‌فاز روبه‌بالا و روبه‌پایین هر تکه‌ی بال با پیچیدگی‌های مخصوص به‌خود را نیز شبیه‌سازی می‌کند، انتخاب می‌شود. براین‌اساس موقعیت، سرعت و شتاب زاویه‌ای و نیروهای وارد بر بال داخلی و خارجی به‌صورت تحلیلی به‌دست می‌آید. درادامه تئوری خط‌برآزا که برای پیش‌بینی توزیع نیروی برآ روی بال سه‌بعدی براساس خط گردابه در مرکز آیرودینامیکی مقاطع بال استفاده می‌شود و پیش از این نیز برای حشرات با بال یک تکه استفاده شده‌است، برای اولین‌بار در این تحقیق برای پرندگان با بال دو تکه به کار رفته‌است. با کمک این تئوری، متوسط نیروهای آیرودینامیکی برآ و جلوبرنده‌ی یک بال‌زن با بال دو تکه که به‌صورت کوپل عمل می‌کنند، با محاسبه فروریزش و قدرت گردابه درهر مقطع و سپس انتگرالگیری روی سطح کل بال، برحسب زمان بدست می‌آیند. نتایج بدست آمده برای یک بال‌زن با مشخصات مرغ نوروزی با سرعت پرواز5 متر بر ثانیه و وزن1 کیلوگرم، نشان می‌دهد که هر دو تکه بال در پرواز کروز، برای تامین نیروی برآ برابر با وزن پرنده استفاده می‌شوند. همچنین بال خارجی بیشترین سهم در تولید نیروی جلوبرنده را داراست. نتایج کار حاضر، تطابق خوبی با روش دینامیک سیالات محاسباتی دارد.