Ứng dụng của máy bay cánh vẫy Khí động lực học

Cánh vẫy đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực côn trùng học, khả năng cơ động cao và hiệu quả đối với các chế độ tự nhiên khác nhau trong các chế độ sinh học khác nhau và dẫn đến sự phát triển đáng kể về các lý thuyết sinh học. Ngoài ra, những tiến bộ trong phương pháp mô hình khí động học đã mang đến cái nhìn sâu sắc về không gian 3 chiều không ổn định, đặc trưng cho cánh ứng dụng điển hình. Sự bay lượn của loài chim đã mê hoặc loài người hàng nghìn năm nay, chính vì vậy những lý thuyết đầu tiên của máy bay cánh vẫy gắn liền với những nghiên cứu khoa học về sự bay lượn của loài chim. Có hai trường phái khoa học nghiên cứu về sự bay lượn của loài chim, đó là: Dựa trên cơ sở vật lý kỹ thuật. Những nhà vật lý này mong muốn phát triển những học thuyết giải thích sự bay lượn của loài chim và dùng những kiến thức này để tạo ra một loại phương tiện bay mới. Trường phái nghiên cứu thứ hai do những nhà sinh học có nhiều kinh nghiệm đứng đầu. Họ phân tích sự bay lượn của các loài chim dựa trên cấu tạo sinh học cơ thể của chúng. Lịch sử của sự phát triển nghiên cứu sự bay lượn của loài chim thời kì cận đại bao hàm sự tương thích giữa sự phát triển của thuyết khí động học và các công trình liên quan đến lĩnh vực này.

; BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Khí động lực học II ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁNH VẪY (AERODYNAMIC OF FLAPPING WING) Sinh viên thực hiện: GVHD: Nguyễn Tài Đức 20141155 Hoàng Ngọc Trường 20154025 Nguyễn Duy Anh 20150088 PGS.TS Hoàng Thị Kim Dung HÀ NỘI, 06/2019 MỤC LỤC I Tổng quan cánh vẫy .7 Giới thiệu cánh vẫy .7 Những phân tích cấu tạo cánh chim .7 Những phân tích dựa sở vật lý kỹ thuật .9 Động học cánh .11 II Ứng dụng máy bay cánh vẫy 14 III Khí động lực học .15 Tóm lược 15 Giới thiệu chung 17 Phương pháp nghiên cứu .20 Động lực học cánh vẫy 21 a) phương trình động học cánh .21 b) Phương trình dịng chảy đánh giá lực khí động 22 Kết 24 a) Ảnh hưởng Re: 27 b) Ảnh hưởng Φ (stroke amplitude) 30 c) Ảnh hưởng góc bán chu kỳ αm (mid-strock angle of attack) 33 d) Ảnh hưởng thời gian xoay Δτr (duration of wing rotation) 34 e) Ảnh hưởng thời điểm xoay τr (rotation timing) 36 IV Tổng kết 39 DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG HIỂU Hình 1: Cấu trúc (a), (b) cánh chim; (c) cánh dơi; (d) tay người Hình 2: Tỷ lệ xương cánh tay (a) chim ruồi;(b) chim bồ câu; (c) gà gô… Hình 3: Biên dạng cánh chim bồ câu gốc cánh,giữa cánh mũi cánh .10 Hình 4: Ba góc chuyển động cánh : góc vẫy β, góc chúc θ, lead-lag ξ 12 Hình 5: Các chuyển động tham gia trình vẫy loài chim 13 Hình 6: Đường chuyển động đầu cánh (a) hải âu ; (b)bồ câu; (c); (d) dơi 13 Hình 7: khung tham chiếu chuyển động cánh 20 Hình 8: hình dạng cánh sử dụng 21 Hình 9: trình chuyển động động cánh 24 Hình 10: hệ số lực khí động chu kỳ .25 Hình 11: xoáy bao quanh cánh biến đổi chu kỳ đập cánh 26 Hình 12: So sánh hệ số nâng tính tốn (Cl) kéo (Cd) 27 Hình 13: biến đổi hệ số lực khí động theo Re 28 Hình 14: contours xoáy bao quanh cánh 29 Hình 15: contour xoáy cánh với Re 20 thông số khác không đổi 29 Hình 16: Biểu diễn 30 Hình 17: ảnh hưởng biên độ đập cánh tới hệ số lực nâng cản trung bình 31 Bảng 1: ảnh hưởng biên độ đập cánh tới hệ số lực nâng cản trung bình 32 Hình 18: ảnh hưởng Φ tới hệ số lực khí động Jang Hao Mu, Mao sun 33 Bảng 2: biến đổi Cl Cd theo αm 34 Hình 19: biến đổi αm tới Cl Cd 34 Bảng 3: ảnh hưởng Δτr tới CCL CCD .35 Hình 20: ảnh hưởng Δτr tới CCL CCD 36 Hình 21: Ảnh hưởng thời điểm xoay τr 37 Bảng 4: Ảnh hưởng thời điểm xoay cánh đến hệ số lực nâng lực cản trung bình 38 Bảng 5: liệu hệ số lực nâng cần thiết đề cân với trọng lượng lồi trùng chế độ bay treo 39 DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU c: dây cung trung bình Cd: hệ số lực cản : hệ số lực cản trung bình Cl: hệ số lực nâng : hệ số lực nâng trung bình : hệ số lực nâng trung bình cân với trọng lượng trùng : lực cản : lực cản trung bình L: lực nâng : lực nâng trung bình : khối lượng côn trùng : tần số đập cánh : áp suất không thứ nguyên chất lưu : sải cánh r2: bán kính đặt moment quán tính bậc hai diện tích cánh Re: reynolds S: diện tích cánh t: thời gian : đại lượng không thứ nguyên: vị trí bắt đầu downstroke cuối upstroke : vận tốc tham chiếu : vận tốc tịnh tiến cánh : vận tốc tịnh tiến khơng thứ ngun cánh : góc hình học cánh : vận tốc góc chúc ngóc : vận tốc góc chúc ngóc khơng thứ ngun : góc hình học mid-stroke : góc phương vị : vận tốc góc phương vị : vận tốc góc phương vị không thứ nguyên : biên độ đập cánh : nhớt động học : mật độ chất lưu : thời gian không thứ nguyên : thời gian xoay cánh bắt đầu : chu kỳ đập cánh : khoảng thời gian xoay cánh không thứ nguyên ϖ: vận tốc góc khơng thứ ngun xoay cánh I Tổng quan cánh vẫy Giới thiệu cánh vẫy Cánh vẫy nghiên cứu rộng rãi lĩnh vực côn trùng học, khả động cao hiệu chế độ tự nhiên khác chế độ sinh học khác dẫn đến phát triển đáng kể lý thuyết sinh học Ngoài ra, tiến phương pháp mơ hình khí động học mang đến nhìn sâu sắc khơng gian chiều khơng ổn định, đặc trưng cho cánh ứng dụng điển hình Sự bay lượn loài chim mê loài người hàng nghìn năm nay, lý thuyết máy bay cánh vẫy gắn liền với nghiên cứu khoa học bay lượn lồi chim Có hai trường phái khoa học nghiên cứu bay lượn lồi chim, là: Dựa sở vật lý kỹ thuật Những nhà vật lý mong muốn phát triển học thuyết giải thích bay lượn lồi chim dùng kiến thức để tạo loại phương tiện bay Trường phái nghiên cứu thứ hai nhà sinh học có nhiều kinh nghiệm đứng đầu Họ phân tích bay lượn lồi chim dựa cấu tạo sinh học thể chúng Lịch sử phát triển nghiên cứu bay lượn lồi chim thời kì cận đại bao hàm tương thích phát triển thuyết khí động học cơng trình liên quan đến lĩnh vực Những phân tích cấu tạo cánh chim Kết hợp với việc giữ cánh cố định để bay phía trước, cánh chim cịn vỗ lên vỗ xuống, lắc phía trước ngược đằng sau, xoay dọc theo sải cánh, gập lại để tránh cho cánh bị ướt (folds to adjust the wing wetted area) Cấu trúc xương, khớp lông chim phân tích để làm rõ cấu trúc khí động cánh So sánh với cấu tạo cánh tay người hình 2.1 ta thấy khung xương lồi chim có tỉ lệ xương cánh tay, đường kính xương xương trụ nhỏ hơn, xương khớp quay ngón giãn rộng để đỡ trọng lượng lớp lơng cánh giúp cánh có sức để vẫy Dơi lại có cấu tạo xương ngón tay dài để căng lớp màng bao phủ cánh mang tới khả thay đổi độ cong áp lực lớp màng, từ điều chỉnh lực nâng tính khí động cánh Cánh lồi dơi cịn có lớp màng phía trước xương cánh, lớp màng có tác dụng cánh tà mép trước để trì dịng khí vào ln dải góc rộng Những thiết kế máy bay cánh chim tương lai mơ cấu tạo Hình 1: Cấu trúc (a), (b) cánh chim; (c) cánh dơi; (d) tay người Mỗi lồi chim có tỉ lệ xương bàn tay xương cánh tay khác nhau, điều tạo ưu riêng cho chúng chúng bay Để biết thêm điều này, ta xem hình vẽ tỉ lệ xương chúng hình Xương cánh tay (được minh họa hai đường thẳng đứng hình 2) mang lại điều khiển khí động cho lồi chim chúng có chiều dài khoảng 80% chiều dài cánh loại chim nhỏ bay điều kiện dịng chảy khơng ổn định (chẳng hạn bay liệng) Đối với loại chim lớn xương cánh tay chiếm 40%-60% tổng chiều dài cánh chúng bay tầng dịng chảy có số Reynolds cao chế độ dòng chảy gần ổn định tuyệt đối sử dụng chế độ lướt thời gian dài Chế độ vỗ cánh chậm bay lướt có lợi vùng tầng lơng cánh thứ hai thứ ba có tác dụng cánh cố định Xương cánh tay dài làm cho cánh cong sải rộng để giảm lực cản chim bay lên lực cản vùng khác cánh Để chứng minh ảnh hưởng tỉ lệ xương tác dụng lên việc bay lượn, chim ruồi so sánh với chim diều hâu hình hình Hình 2: Tỷ lệ xương cánh tay (a) chim ruồi;(b) chim bồ câu; (c) gà gô… Việc vật liệu bao phủ cánh cần thiết để định bay Cánh chim tận dụng lơng chúng để giúp chúng di chuyển không trung, Dơi trùng lại dùng lớp màng gia cố cấu trúc khung xương đôi cánh chúng Cả cánh lông vũ cánh màng phải có cấu tạo mỏng, cong bề mặt tạo lực nâng (có thể có hình dáng đa dạng dọc theo bề rộng cánh) Những phân tích dựa sở vật lý kỹ thuật Những cấu trúc phân tích khí động chẳng hạn cánh cố định hoàn thành Withens vào năm 1980 Sau đó, nhà bác học Liu sử dụng phương pháp đo gián tiếp để tạo nên ba thông số cần thiết cho mơ hình cánh chim phát triển phương trình tốn học để định rõ đặc điểm hình dáng cánh, độ cong bề dày cánh dọc theo sải cánh Liu cịn phát triển mơ hình động học cánh chim gồm hai khớp nối mô cử động vai khuỷu cánh loài chim Tác giả so sánh giống khác cánh vẫy cánh cố định dọc theo sải cánh, điều thể hình [4] Hình 3: Biên dạng cánh chim bồ câu gốc cánh,giữa cánh mũi cánh Chú ý độ dày cánh độ lớn phần cong cánh dẫn tới cạnh gần gốc cánh vẫy mang lại phần lớn giá trị lực nâng Biên dạng cánh thay đổi đột ngột từ mỏng thành dày bao gồm lơng vũ có cấu tạo khơng có xương, điều làm cho chúng dẻo dai cấu tạo tối ưu để thích ứng với tải trọng khí động mềm dẻo làm cho lông vũ gần phần cạnh dày biến đổi biên dạng cánh việc tăng lực nâng giảm gradient áp suất ngược để cố định lại dòng chảy bị tượng Stall Biên dạng cánh cánh vẫy cải thiện chất lượng khí động dịng chảy có số Reynolds thấp so với cánh cố định truyền thống có vận tốc thấp hay bị thất tốc vận tốc thấp góc lớn Lồi chim loại bỏ thất tốc thành phần độ nhám mép trước mang lại dải dòng rối để gia cố dòng chảy cánh làm giảm nhẹ phân chia lớp bóng khí Đầu mép trước phát triển vượt bậc lơng vũ cánh chim nhằm cải thiện tính bay trốn né (stealth) Khi kết hợp với mép trước hình cưa, đầu mép trước cánh cú làm giảm tiếng động phát chuyển động cánh làm cho cú trở thành thợ săn tàng hình hồn hảo Những loại cánh minh họa hình có tác dụng giống cánh dẫn hướng để trì dịng khí vào phần bên ngồi cánh góc lớn Phần cánh có tác dụng hệ thống nâng cao lực nâng tạo kẽ hở gờ đuôi cánh nhằm giúp cho cánh cong Nhiều loại chim tận dụng việc bay vút lên để làm giảm nhiều lực cần thiết để chúng bay lên, chúng cịn tạo rãnh khí bề mặt Hình 12: So sánh hệ số nâng tính tốn (Cl) kéo (Cd) a) Ảnh hưởng Re: Hình cho biến đổi C L C D chu kỳ cho Re khác (Re từ 20 đến 1800; điều kiện khác giống trường hợp điển hình) Nói chung, C L tăng C D giảm Re tăng Tuy nhiên, Re cao ∼100, C L C D không khác nhiều, khi Re thấp ∼100, C L nhỏ nhiều C D lớn nhiều so với Re cao  Thông thường giới hạn 20–1800 cánh vẫy  Khi Re xấp xỉ 100 hệ số lực nâng (CCL) lực cản (CCD) lớn biến đổi chậm với Re  Khi Re 100: (CCL) giảm (CCD) tăng nhanh thay đổi LEV Hình 13: biến đổi hệ số lực khí động theo Re Đối với trường hợp Re = 200, thảo luận trên, C L C D lớn chu trình chế trễ thất tốc Đối với trường hợp Re khác , thấy , C L C D không bị giảm đột ngột chu trình haft-stroke (giữa = = 0,5 , downstroke; = 0.5 = , upstroke), tượng trễ thata tốc diễn toàn trình đạp cánh Hình biểu diễn đường xốy vị trí có độ dài ½ chiều dài cánh, thời điểm gần với giai đoạn cuối haftstroke Người ta thấy rằng, tất Re xem xét, LEV không rơi trễ thất tốc tồn Tuy nhiên, Re thấp ∼100, LEV khuếch tán yếu so với Re cao (so sánh hình bên , cường độ LEV ước tính từ giá trị độ xoáy biểu thị đường xoáy khoảng cách đường xoáy), dẫn đến C L nhỏ C D lớn Hình 14: contours xốy bao quanh cánh Xốy cánh biến đổi theo thời gian chu kỳ (Re=20, thông số khác không đổi theo đề ban đầu) Hình 15: contour xốy cánh với Re 20 thông số khác không đổi CC L CC D nhiều Re vẽ hình 16 Đối với Re ∼100, thay đổi C L CC D với Re nhỏ, Re ∼100, CC L giảm CC D tăng nhanh Re giảm Tương tự trường hợp điển hình, khoảng 85-90 % CC L đóng góp chuyển động tịnh tiến túy cho tất giá trị Re xem xét: Hình 16: Biểu diễn b) Ảnh hưởng Φ (stroke amplitude) Dữ liệu bay tự thu thập từ nhiều lồi trùng ( Ellington, 1984c ; Ennos, 1989 ; Fry et al., 2003 ) cho thấy biên độ stroke, dao động khoảng từ 90 ° đến 180 ° Hơn nữa, lồi trùng thay đổi để kiểm sốt lực khí động học (ví dụ Ellington, 1984c ; Lehmann Dickinson, 1998 ) Ở đây, điều tra ảnh hưởng Φ đến hệ số lực khí động Các tính toán thực cho Φ (65 °, 90 °, 120 °, 150 ° 180 °) tham số khác cố định (chúng giống trường hợp điển hình) Hình 17 cho thấy biến đổi C L C D chu kỳ; Bảng đưa hệ số lực khí động trung bình Lưu ý Φ thay đổi, chu kỳ kỳ đập cánh không thứ nguyên thay đổi ( = 2Φ r / c ); Δτr (hoặc ϖ) giữ cố định khác Φ khác Trong phạm vi Φ từ 90° đến 180°, ảnh hưởng thay đổi Φ đến hệ số lực khí động khơng lớn; Φ tăng giảm 30°, CC L CC D thay đổi tương ứng khoảng 3% 6% Khi Φ khoảng 90°, hiệu ứng thay đổi trở nên lớn (xem kết cho Φ = 65 °; hình 17; bảng 1) Điều đáng quan tâm thực tế CC L CC D không thay đổi với Φ (trong phạm vi từ 90 ° đến 180 °) có nghĩa lực nâng trung bình lực cản trung bình thay đổi với Φ2, lực khơng thứ nguyên hóa U U 2Φ nr ( n tần số cánh) • Khi (Φ) xuống thấp khoảng 120 CCL giảm CCD tăng với giảm Φ CCD (tăng nhanh chóng Φ bắt đầu nhỏ) • Khi Φ thấp 90, thấy CCL giảm CCD tăng theo giảm Φ Hình 17: ảnh hưởng biên độ đập cánh tới hệ số lực nâng cản trung bình Bảng 1: ảnh hưởng biên độ đập cánh tới hệ số lực nâng cản trung bình Φ τc CC L CC D 180° 11.24 1.69 1.65 150° 9.37 1.66 1.67 120° 7.50 1.61 1.70 90° 5.62 1.57 1.80 65° 4.06 1.58 2.08 Sane Dickinson ( 2001 ) nghiên cứu ảnh hưởng việc thay đổi Φ thông số khác cách sử dụng mơ hình học cánh ruồi giấm Kết họ [xem hình bên Sane Dickinson ( 2001 )] cho thấy Φ giảm xuống khoảng 120°, CC L giảm CC D tăng giảm Φ ( CC D tăng nhanh Φ trở nên nhỏ) Trong mô Φ 90 °, thấy CC D tăng CC Lgiảm giảm Φ, tốc độ thay đổi CC Lvà CC D nhỏ so với báo cáo Sane Dickinson ( 2001) Trong thí nghiệm họ, Φ thay đổi, Re thay đổi, tỷ lệ không thay đổi; mô tại, Re không thay đổi Φ thay đổi Để so sánh thêm với kết họ, chúng tơi thực số tính tốn Re thay đổi với Φ giữ nguyên (= 0,2) Các kết đưa hình 18 bảng Xu hướng biến đổi trongC L CC D tương tự với Sane Dickinson ( 2001 ): Φ 120°, CC L giảm CC D tăng giảm 90 °, CC D tăng nhanh Hình 18: ảnh hưởng Φ tới hệ số lực khí động Jang Hao Mu, Mao sun c) Ảnh hưởng góc bán chu kỳ αm (mid-strock angle of attack) Độ nghiêng đường cong CCL theo (αm) xấp xỉ số khoảng α m=25° 35°; phía sau αm=35°, độ cong giảm dần α m≈50 Tỷ lệ thay đổi CCL với αm (dCCL/dαm) từ αm=25° tới 35° cho bảng Bảng 2: biến đổi Cl Cd theo αm Re dCCL/dαm 1800 3.0 600 2.9 200 2.9 60 2.5 20 1.8 Với Re trên∼ 100, dCCL/dαm không thay đổi theo Re giá trị xấp xỉ khoảng 3.0, Với Re ∼100, dCCL/dαm giảm nhanh, Hình 19: biến đổi αm tới Cl Cd d) Ảnh hưởng thời gian xoay Δτr (duration of wing rotation) Trong tính tốn trên, Δτr = 1,87 (= 0,2; ϖ = 0,93) Quan sát nhiều lồi trùng chuyến chuyển động bay tự ( Ellington, 1984c ; Ennos, 1989 ) cho thấy ϖ dao động khoảng từ 0,8 đến 1,4 Ở đây, chúng họ điều tra tác động việc thay đổi Δτr (tức thay đổi ϖ) hệ số lực khí động hình 19 đưa biến thiên C L C D chu kỳ cho bốn giá trị Δτr; bảng đưa hệ số lực khí động trung bình Thay đổi Δτr r khơng làm thay đổi hệ số lực khí động trung bình nhiều (xem bảng 3); Δτr lên gần gấp đôi (thay đổi từ 1,27 đến 2,40), CC L CC D thay đổi khoảng 3% C L C D mid-portion of a half-stroke thay đổi với Δτr (xem hình 12) Các đỉnh lực xuất xung quanh khu vực đảo cánh (stroke reversal) ảnh hưởng việc quay cánh ( Dickinson cộng sự, 1999 ; Sun Tang, 2002a ); tốc độ tịnh tiến định, đỉnh tăng theo tốc độ quay ( Sane Dickinson, 2002 ; Hamdani Sun, 2000 ) Khi Δτr r tương đối ngắn (ϖ tương đối lớn), đỉnh lực tương đối lớn chúng chiếm khoảng thời gian ngắn; Δτr dài (ϖ nhỏ hơn), đỉnh lực trở nên nhỏ chúng chiếm khoảng thời gian dài Kết là, đỉnh lực xung quanh khu vực đảo cánh (stroke reversal) cho trường hợp khác Δτr dẫn đến tăng giảm với hệ số lực trung bình tương ứng Điều giải thích CC L CC D không thay đổi nhiều với Δτr (hoặc ϖ) Bảng 3: ảnh hưởng Δτr tới CCL CCD Δτr 2.39 1.88 1.54 1.31 0.73 0.93 1.13 1.33 1.60 1.61 1.63 1.65 1.71 1.70 1.72 1.76 Bảng thông số cho thấy biến đổi hệ số lực trung bình theo (Δτ r): thay đổi khơng tác động đến hệ số lực khí động mạnh Δτr tăng lên gấp đôi (từ 1.27 đến 2.40), CCL CCD thay đổi khoảng 3% Hình 20: ảnh hưởng Δτr tới CCL CCD e) Ảnh hưởng thời điểm xoay τr (rotation timing) Hình cho thấy biến đổi C L C D chu kỳ cho thời gian quay khác (Re, α m , Φ Δτ r giống trường hợp điển hình) Trong trường hợp xoay vịng tối ưu (phần xoay tiến hành trước đảo ngược xoay cánh (stroke reversal), đỉnh C L C D xuất vị trí gần cuối halfstroke lớn so với trường hợp xoay đối xứng; điều cánh tiến hành pitching-up với tốc độ tịnh tiến cao (xem hình 21) Khi giai đoạn đầu halfstroke tiếp theo, C L C D lớn so với giá trị chúng trường hợp xoay đối xứng; điều cánh không tiến hành quay vòng xuống giai đoạn (sự quay cánh gần kết thúc trước giai đoạn này) Trong trường hợp quay trễ -delayed rotation (phần xoay thực sau đảo ngược xoay cánhstroke reversal), khơng có đỉnh C Lvà C D xuất gần cuối half-stroke cánh khơng quay giai đoạn này; bắt đầu haft-stroke tiếp theo, C L âm tính C D lớn so với trường hợp xoay đối xứng tất vòng quay cánh thực giai đoạn xoay quay vịng xuống Hình 21: Ảnh hưởng thời điểm xoay τr Trong trường hợp rotation tối ưu (phần rotation tạo trước đảo chiều strockes), đỉnh CL CD gần với điểm kết thúccủa half-stroke lớn trường hợp rotation đối xứng; điều cánh quay lên với tốc độ tịnh tiến cao (như hình biểu diễn) Khi bắt đầu half-stroke tiếp theo, CL CD lớn trường hợp xoay đối xứng cánh khơng quay xuống giai đoạn (sự quay cánh gần kết thúc trước giai đoạn này) Trong trường hợp rotation trễ (phần rotation tạo rấu đảo chiều strockes), đỉnh CL CD không xuất gần điểm cuối half-stroke cánh khơng quay giai đoạn Ở điểm bắt đầu half-stroke, CL âm CD lớn so với trường hợp rotation đối xứng tất quay cánh thực tong giai đoạn quay hướng xuống Các hệ số lực trung bình cho bảng C L CC D cho trường hợp xoay vòng tối ưu lớn khoảng 40% 30% so với trường hợp quay chậm Bảng 4: Ảnh hưởng thời điểm xoay cánh đến hệ số lực nâng lực cản trung bình Thời gian quay CC L CC D CC L / CC D Đối xứng 1,66 1,67 0,99 Xoay trước 1,84 2,11 0,87 Xoay trễ 1,32 1,61 0,82 IV Tổng kết Các nghiên cứu trước cánh quay (Usherwood Ellington, 2002a, b; Dickinson cộng sự, 1999) cho thấy hệ số lực khí động lớn tạo chế trễ thất tốc phạm vi Re khoảng 140 (cánh ruồi giấm) đến 15 000 (cánh chim quail) hệ số lực không nhạy với Re Nghiên cứu cánh vỗ cung cấp kết cho Re thấp Khi Re ∼100, CC L giảm CC D tăng nhiều Điều mức Re (20, 60) thấp , LEV tồn gắn vào cánh giai đoạn tịnh tiến haft strock, yếu độ xốy bị khuếch tán đáng kể Từ liệu chuyến bay côn trùng, xác định hệ số nâng trung bình cần thiết để hỗ trợ trọng lượng (ký hiệu CC L, W) Dữ liệu chuyến bay treo tự (hoặc tốc độ tịnh tiến thấp) tám loài thu Sáu loài từ Ellington ( 1984b , c ) [chiều dài cánh loài dao động từ 9,3 mm (ở Episyrphus balteatus ) đến 14,1 mm (ở Bombus hortorum )]; hai loài nhỏ hơn, Drosophila virilis Encarsia formosa , đến từ Weis-Fogh ( 1973 ) Những liệu bao gồm: khối lượng côn trùng (M), chiều dài cánh, dây cung cánh, bán kính đặt momen qn tính hình học bậc hai diện tích cánh, biên độ tần số đập cánh) Trên sở liệu này, tốc độ tham chiếu, Re hệ số nâng trung bình cần thiết để cân với trọng lượng trùng tính tốn (U = 2Φ nr2, Re = Uc/ν CC L,W = mg/0.5ρ U 2S t , g St gia tốc trọng trường diện tích hai cánh) Re CC L, W đưa bảng Bảng 5: liệu hệ số lực nâng cần thiết đề cân với trọng lượng lồi trùng chế độ bay treo R (mm Loài r2/ M (mg) ) c (mm) R Φ (độ.) n (s -1) Re CC L, W 27.3 9.3 2.20 0.57 90 160 408 1.52 Coleoptera: bọ cứng cánh R (mm r2/ M (mg) ) c (mm) R Φ (độ.) n (s -1) Re CC L, W 34,4 11.2 3.23 0,53 177 54 443 1,82 virilis 2.0 3.0 0,97 0,58 150 240 147 1,15 Tipala salip 11.4 12,7 2,38 0,6 123 45,5 245 1,31 27.3 9,3 2,20 0,57 90 160 408 1,52 68,4 11.4 3.19 0,53 109 157 812 1,10 101,9 9,8 3.08 0,54 131 197 1018 1,19 226 14.1 4.2 0,54 120 152 1463 1,21 0,025 0,62 0,23 0,69 135 400 13 2,87 0,025 0,65 0,38 0,69 135 400 22 1,62 Loài Coccinella 7-pataata Drosophila Episyrphus balteatus Epaxrphus tenax Apis mellifera Bombus hortorum Encarsia formosa Encarsia formosa Bây giờ, họ so sánh liệu bảng với kết mơ cánh mơ hình (ở đây, họ giả định hình dạng cánh khơng có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số nâng; điều với cánh côn tùng nghiên cứu ( Usherwood Ellington, 2002b) Trong số lồi trùng xem xét, Encarsia formosacó Re thấp CC L,W 2,87 Ở mức Re thấp, C L tối đa ~1.15 (α m ≈45 °), nhỏ nhiều so với CC L,W Những kết cho thấy cách sử dụng chuyển động vỗ mô tả trên, côn trùng tạo lực nâng đủ để hỗ trợ trọng lượng nó; tức mức Re thấp vậy, cần chế high-lift, chế trễ thất tốc Đối với loài cánh vẫy chúng khơng thể tạo đủ lực nâng với liệng thông thường không trung Chúng phải vỗ Chúng liệng chủ yếu dòng đối lưu TÀI LIỆU THAM KHẢO J M McMichael, Col M S Francis, “Micro Air Vehicles - Toward a New Dimension in Flight” Website: WWW.DARPA.MIL T J Mueller, “Aerodynamic Measurements at Low Reynolds Numbers for Fixed Wing Micro-Air Vehicles”, Hessert Center for Aerospace Research, Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame G Torres, T J Mueller, “Micro Aerial Vehicle Development: Design, Components, Fabrication, and Flight Testing”, AUVSI Unmanned Systems 2000 Symposium and Exhibition, Orlando, 2000 Z J Wang, J M Birch, M H Dickinson, “Unsteady forces and flows in low Reynolds number hovering flight: two-dimensional computations vs robotic wing experiments”, The Journal of Experimental Biology 207, 449-460 A Rajib, B S M Ebna Hai, M A Salam, “Design analysis of MAV using NACA 0012 aerofoil profile”, Military Institute of Science and Technology, Dhaka- 1216, Bangladesh Google hình ảnh ... elip với đơi cánh ln mở rộng trình đập cánh xuống thu hẹp cánh trình cánh vỗ lên II Ứng dụng máy bay cánh vẫy Cánh vẫy nghiên cứu để chế tạo loại máy bay cánh vẫy siêu nhỏ Micro Air Vehicle (MAV)... Ngồi ứng dụng chung máy bay MAV Máy bay MAV cánh vẫy đươc sử dụng để đuổi chim sân bay, đuổi chim loại côn trùng đồng ruộng trồng hoa màu Ứng dụng cho thấy sư thân thiện với mơi trường III Khí động. .. Ứng dụng máy bay cánh vẫy 14 III Khí động lực học .15 Tóm lược 15 Giới thiệu chung 17 Phương pháp nghiên cứu .20 Động lực học cánh vẫy