تحلیل و بهینه‌سازی ساختار سطح مقطع بال‌های باد شونده و ارائه طرح جدید الهام گرفته از طبیعت

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم

3 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

doi
چکیده

بال‌های هوشمند یا تغییر شکل پذیر در طراحی هواپیماها و پهپادها مورد توجه قرار دارند. استفاده از بال‌های تغییر شکل پذیر باعث می‌شود پرنده در حالت‌های مختلف پروازی خود، شکل و پروفیل‌های متناسبی را در بال‌های خود داشته باشد. این کار مزیت‌های فراوانی دارد که از جمله آنها می‌توان به عدم الزام یکسان بودن ابعاد اولیه و پروازی پرنده اشاره کرد. یکی از انواع بال‌های تغییر شکل پذیر، بال‌های بادشونده هستند که در آنها سازه بال از موادی مانند الاستومرهای تقویت شده ساخته می‌شود و در حالت اولیه بصورت جمع‌شده در داخل بدنه پرنده قرار می‌گیرد. بال‌ها در زمان مناسب با اعمال فشار گاز،  باد شده و گسترش می‌یابند. در این مقاله، انواع بال‌های باد شونده و تغییر شکل پذیر بررسی شده و پارامتر‌های مهم طراحی مانند شکل و تعداد بافل‌ها در عملکرد بال مطالعه می‌شوند. همچنین با الهام از ساختار پر پرندگان، طرح جدیدی ارائه شده و با انجام بهینه‌سازی، پارامترهای طراحی آن استخراج شده است. نتایج این پژوهش نشان داده است که عملکرد طرح جدید نسبت به طرح اولیه بهبود قابل ملاحظه‌ای از نظر سازه‌ای و آیرودینامیکی یافته است. نیروی برآ برای بال با بافل های مستطیلی برای سرعت حرکت ۷۵ متر بر ثانیه و زاویه حمله صفر ۷۶۹ نیوتن بدست آمد در حالیکه این مقدار برای بافل های با الهام از پر ۱۰۷۰ نیوتن حاصل شد. در عین حال، نیروی پسا برای بافل مستطیلی ۶۴ نیوتن و برای بافل الهام گرفته از پر شکل ۴۳ نیوتن بدست آمد که نشان دهنده عملکرد بهتر این نوع طراحی می باشد.