Simulations de vol de chauve-souris

Les chauves-souris sont des animaux uniques et présentent un modèle très convaincant pour le vol d’animaux à petite échelle. Les caractéristiques suivantes des chauves-souris et leur accomplissement du vol sont particulièrement intéressantes pour inspirer les développements dans la conception de véhicules aériens sans pilote:

  • Les chauves-souris sont des animaux extrêmement maniables, souvent capables de changements rapides de direction (capture de proies, manouvrage, évasion de capture, etc.). Cette maniabilité est souhaitable pour les véhicules sans pilote offrant le potentiel de se percher et de voler dans des environnements urbains.
  • Les chauves-souris sont des véhicules de vol à battement efficaces et efficaces. L’une des principales préoccupations des véhicules aériens sans pilote est d’obtenir une plate-forme efficace à faible puissance.
  • Les chauves-souris utilisent une structure d’aile à membrane morphing actionnée pour réaliser le vol. La membrane active utilisée par les chauves-souris présente une stratégie attrayante pour le vol d’UAV où les membranes seraient plus simples à concevoir, à construire et à voler que les ailes à plumes. Les ailes à membrane peuvent également offrir des avantages aérodynamiques tels que l’induction du carrossage, l’atténuation du décrochage et un décrochage plus doux.

Dans ce projet, nous examinons les caractéristiques aérostructurales du vol des MTD afin de déterminer l’applicabilité de stratégies structurelles similaires dans la conception des véhicules.

Nos collaborateurs de l’Université Brown (Laboratoire Breuer et laboratoire Swartz) fournissent une capture vidéo numérique stéréo à haute vitesse de pointe de chauves-souris en vol (à la fois dans des sonnettes et des cages de vol). Ces données vidéo sont traitées à l’aide d’approches de capture de mouvement de pointe. Après la capture de mouvement, une reconstruction en 3 dimensions et un modèle de surface des chauves-souris sont construits. Ces modèles de vol de chauve-souris haute fidélité et précis dans le temps fournissent une forme précise qui peut être analysée à l’aide de méthodes de calcul.

À l’aide de plusieurs outils de calcul différents, nous examinons le vol et son efficacité. Les outils de calcul considérés sont HallOpt, ASWING, FastAero et 3DG. Chacun de ces outils est brièvement mis en évidence ci-dessous (voir la page outils pour plus de détails):

  • HallOpt: En utilisant la trace de la ligne de bord de fuite, nous pouvons construire et approximer la feuille de sillage. En utilisant les méthodes proposées par Hall et al., nous examinons ces sillages pour déterminer comment la vorticité devrait être distribuée dans le sillage d’une chauve-souris si la génération de portance et de poussée est effectuée de manière efficace.
  • ASWING: En utilisant des modèles simples, mais précis, pour l’aérodynamique, les structures et la dynamique, simuler le vol d’une chauve-souris ou d’un véhicule battant est simple.
  • FastAero: En utilisant un modèle d’écoulement potentiel et la géométrie de la bat en 3 dimensions, l’écoulement autour de la bat peut être simulé rapidement en utilisant une méthode d’écoulement potentiel accéléré. FastAero, conçu à l’origine pour les applications d’analyse d’aéronefs, s’est avéré utile lorsqu’un compromis entre la précision de la physique du temps et de l’écoulement est souhaitable.
  • 3DG : 3DG est une méthode de Galerkin discontinue pour résoudre les équations de Navier Stokes. Cette méthode est très précise; cependant, elle peut prendre beaucoup de temps à utiliser pour de grandes simulations en 3 dimensions. En tant que tel, la méthode est utilisée pour confirmer les résultats et fournir un aperçu des effets visqueux.

Veuillez explorer les liens à droite pour en savoir plus sur le projet.

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