شبیه سازی عددی و بررسی عملکرد آیرودینامیکی پره های الهام گرفته شده از بال حشرات

یکی از روش ‌های قابل استفاده در بهبود عملکرد آیرودینامیکی پره‌های پرنده‌های بدون سرنشین کوچک، الهام از بال گونه‌های متفاوت از جانوران مانند پرندگان و حشرات است. پژوهش حاضر به بررسی عملکرد آیرودینامیکی پره‌های الهام گرفته شده از بال حشرات می‌‌پردازد و تاثیرات شکل پره‌‌ها بر نیروی پیشران، گشتاور و بازدهی پره‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش از شکل بال چهار گونه حشرات شامل همیپترا، اورتوپترا و نئوروپترا الهام گرفته شده است. شبیه‌سازی عددی با استفاده از تکنیک قاب مرجع متحرک ( multiple reference frame ) و مدل‌سازی آشفتگی k- omega; sst در شرایط هاور و در بازه‌ی سرعت دورانی 4000 تا 8000 دور بر دقیقه برای پره با قطر 0.24 متر و ایرفویل eppler e63 تعریف شده است. اعتبار سنجی نتایج شبیه‌سازی عددی با استفاده از نتایج تجربی بر روی پره dji phantom 3 انجام شده است و نتایج با دقت قابل قبولی با نتایج دیگران ارزیابی شده است. نتایج نشان می‌دهد که پره‌های الهام گرفته شده، دارای نیروی پیشران بیشتر و در یک نیروی ثابت، پره‌های الهام گرفته شده دارای سرعت دورانی کمتری هستند. پره نئوروپنرا با در نظر گرفتن معیار بازدهی پره، با 6.74 درصد بهبود نسبت به پره dji phantom 3 دارای بهترین عملکرد است.

numerical simulation and aerodynamic performance investigation of insect-inspired propellers

one of the methods that can be used in improving the aerodynamic performance of the small unmanned aerial vehicle propellers is inspiration from the wing shape of different species of animals such as birds and insects. current research investigates the aerodynamic performance of insect-inspired propellers. propeller shape effects on the aerodynamic performance parameters including thrust, torque and propeller efficiency; have been studied. in this research, the wing shape of four species of insects including hemiptera, orthoptera and neuroptera was inspired. numerical simulations were conducted using the moving reference frame method (multiple reference frame) and k- omega; sst turbulence model at the hover condition. simulations were done in the rotational speed range of 4000 to 8000 rpm for a propeller with a diameter of 0.24 meters. eppler e63 airfoil is selected for all propellers. validation of numerical simulation results has been done using experimental data of the dji phantom 3 propeller and an acceptable agreement with the experimental data was obtained. results shows that the insect-inspired propellers have higher thrust, and at a constant force, inspired propellers have a lower rotational speed. considering the propeller efficiency, this propeller has the best performance with 6.74% improvement compared to the dji phantom 3.