ارزیابی و مقایسه مدل‌های مختلف تخمین نیروی چرخشی یک‌بال‌زن در پرواز ایستا با استفاده از روش المان تیغه

در این پژوهش با استفاده از یک شبیه‌‌سازی شبه پایا توسط روش المان تیغه، سه مدل متفاوت نیروی چرخشی در بررسی یک بال الهام گرفته ‌شده از حشره میوه با حرکت ترکیبی بال‌زدن و پیچش، مورد ارزیابی و مقایسه با نتایج منتشر شده قرار می‌گیرد. در ادامه این مدل‌ها با یکدیگر مقایسه شده و مدل با خطای نسبی کمتر معرفی می‌شود. مدل نیروی چرخشی سنتی که وابسته به سرعت انتقالی بال است، در ابتدا و انتهای نیم کورس‌‌ها هیچ نیروی چرخشی در نظر نمی‌گیرد. مدل‌های جدید نیروی چرخشی برای پیش‌‌بینی دقیق این نیرو، جزء دوم نیروی چرخشی ناشی از پیچش خالص بال را نیز در نظر می‌گیرند. در این تحقیق ضرایب نیروی برآ و پسای لحظه‌ای و متوسط در نظریه المان تیغه، با نتایج تجربی و دینامیک سیالات عددی منتشرشده مقایسه شده ‌‌است. هم‌چنین خطای پیش‌‌بینی نقطه‌‌ حداکثر منحنی ضرایب نیروی مدل شده توسط هر کدام از مدل‌‌ها نیز مقایسه شده ‌‌است. بررسی خطای موثر نشان می‌‌دهد که یکی از مدل‌های بر مبنای نتایج دینامیک سیالات عددی که شامل دو جزء نیروی چرخشی مرتبط با نظریه کوتا-جاکوفسکی و نیروی ناشی از پیچش خالص است، نسبت به مدل‌‌های دیگر از دقت نسبی بالاتری برخوردار بوده و می‌‌تواند در شبیه‌‌سازی‌‌های شبه پایا مورد توجه قرار گیرد

Evaluation and Comparison of Different Models for Estimating the Rotational Force of a Hovering Flapping Wing Using the Blade Element Method

In this research three different models of rotational force are evaluated in the study of a hovering fruit fly inspired wing, with combined flapping and pitching motions, using a quasistatic simulation by the blade element method, and the results achieved thereby, are compared with previously published results. Then these models are compared with each other, and the model which has the lowest relative error is introduced. The traditional rotational force model, which depends on the wing’s translational velocity, does not consider any rotational force at the beginning and end of the stroke. The new rotational force models which are designed to accurately predict this force also consider a second component for this force which is due solely to wing pitching. In this research, the instantaneous and mean coefficients in the blade element method are compared with published computational fluid dynamics and experimental results. The models are compared in terms of the error in predicting the maximum point on the instantaneous force coefficients curve. The rootmeansquare error analysis shows that one of the rotational force models, which includes the two force components described by the KuttaJoukowski theorem and the force due solely to wing pitching, has higher relative accuracy than other models and can be proposed for quasistatic simulations.