Fledermausflugsimulationen

Fledermäuse sind einzigartige Tiere und stellen ein sehr überzeugendes Modell für den Kleintierflug dar. Die folgenden Eigenschaften von Fledermäusen und ihre Flugleistung sind besonders interessant für inspirierende Entwicklungen im Design unbemannter Luftfahrzeuge:

  • Fledermäuse sind extrem manövrierfähige Tiere, die oft schnelle Richtungsänderungen vornehmen können (Beutefang, Manövrieren, Ausweichen von Fängen usw.). Diese Manövrierfähigkeit ist für unbemannte Fahrzeuge wünschenswert, die das Potenzial zum Hocken und Fliegen durch stadtähnliche Umgebungen bieten.
  • Fledermäuse sind effiziente und effektive flatternde Flugfahrzeuge. Ein Hauptanliegen unbemannter Luftfahrzeuge ist es, eine effiziente Plattform mit geringem Stromverbrauch zu erhalten.
  • Fledermäuse nutzen eine betätigte morphing membran flügel struktur zu erreichen flug. Die aktive Membran, die von Fledermäusen verwendet wird, stellt eine attraktive Strategie für den UAV-Flug dar, bei der Membranen einfacher zu entwerfen, zu bauen und zu fliegen sind als gefiederte Flügel. Membranflügel können auch aerodynamische Vorteile wie Sturz induzieren, Stall Linderung und weicher Stall.

In diesem Projekt untersuchen wir die aero-strukturellen Eigenschaften von Fledermausflügen, um die Anwendbarkeit ähnlicher Strukturstrategien im Fahrzeugdesign zu bestimmen.

Unsere Mitarbeiter an der Brown University (Breuer Lab und Swartz Lab) bieten hochmoderne digitale Hochgeschwindigkeits-Stereo-Videoaufnahmen von Fledermäusen im Flug (sowohl in Windkanälen als auch in Flugkäfigen). Diese Videodaten werden unter Verwendung modernster Motion-Capture-Ansätze verarbeitet. Nach der Bewegungserfassung werden eine 3-dimensionale Rekonstruktion und ein Oberflächenmodell der Fledermäuse erstellt. Diese hochpräzisen, zeitgenauen Modelle des Fledermausfluges liefern eine genaue Form, die mit computergestützten Methoden analysiert werden kann.

Mit verschiedenen Rechenwerkzeugen untersuchen wir den Flug und die Effizienz des Fluges. Die Rechenwerkzeuge, die in Betracht gezogen werden, sind HallOpt, ASWING, FastAero und 3DG. Jedes dieser Tools wird unten kurz hervorgehoben (Details finden Sie auf der Tools-Seite):

  • HallOpt: Mit der Spur der Hinterkantenlinie können wir das Blatt konstruieren und approximieren. Unter Verwendung der von Hall et al., wir untersuchen diese Wellen, um zu bestimmen, wie Wirbel im Gefolge einer Fledermaus verteilt werden sollten, wenn die Auftriebs- und Schuberzeugung effizient durchgeführt wird.
  • ASWING: Mit einfachen, aber genauen Modellen für Aerodynamik, Strukturen und Dynamik ist es einfach, den Flug einer Fledermaus oder eines flatternden Fahrzeugs zu simulieren.
  • FastAero: Mit einem Potentialflussmodell und der 3-dimensionalen Fledermausgeometrie kann die Strömung um die Fledermaus mit einer beschleunigten Potentialflussmethode schnell simuliert werden. FastAero, ursprünglich für Flugzeuganalyseanwendungen entwickelt, hat sich als nützlich erwiesen, wenn ein Kompromiss zwischen zeit- und strömungsphysikalischer Genauigkeit wünschenswert ist.
  • 3DG: 3DG ist eine diskontinuierliche Galerkin-Methode zur Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen. Diese Methode ist sehr genau; Die Verwendung für große 3-dimensionale Simulationen kann jedoch zeitaufwändig sein. Daher wird die Methode verwendet, um Ergebnisse zu bestätigen und Einblicke in die Auswirkungen zu erhalten.

Bitte erkunden Sie die Links auf der rechten Seite, um mehr über das Projekt zu erfahren.

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