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Ornitóptero Tipo Alas Batientes para Vehículos Aéreos Micro Autónomos

Autores: Srigrarom, Sutthiphong; Chan, Woei-Leong

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2015

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Acceso abierto

Artículo científico
2015

Ornitóptero Tipo Alas Batientes para Vehículos Aéreos Micro Autónomos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Ornitóptero
Diseños de alas
Sustentación
Empuje
Movimiento de aleteo
Alas flexibles

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 14

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En este documento, se desarrolla un prototipo de un ornithóptero que imita el movimiento de aleteo del vuelo de los pájaros, y se evalúan las características de generación de sustentación y empuje de diferentes diseños de alas. Este proyecto se centró en la disposición de los largueros y el material utilizado para las alas que podrían lograr un rendimiento mejorado. Se exploraron y evaluaron diversas técnicas de medición de sustentación y empuje. Se evaluaron varias alas de insectos y aves para entender cómo estos voladores naturales con alas que aletean son capaces de producir suficiente sustentación para volar. También se detallaron las diferencias en la aerodinámica del aleteo. Se realizaron experimentos con diferentes diseños y materiales de alas y se construyó un ala primordial para un vuelo de prueba. El primer prototipo tiene una longitud de 46.5 cm, una envergadura de 88 cm y pesa 161 g. Se fabricó y diseñó un mecanismo que producía un movimiento de aleteo para crear vuelo aleteante. El vuelo aleteante se produjo utilizando un solo motor y una estructura de ala flexible y ligera. Luego se diseñó un balance de fuerzas hecho de celdas de carga para medir la fuerza de empuje y sustentación del ornithóptero. Se fabricaron tres conjuntos de alas con diferentes flexibilidad, por lo que se adquirieron mediciones de sustentación y empuje de cada conjunto diferente de alas. La sustentación se medirá en diez ciclos computando la sustentación promedio y la frecuencia en tres velocidades o frecuencias diferentes (lenta, media y rápida). La medición de empuje se realizó de la misma manera, pero en solo dos ciclos. Se hicieron varias observaciones sobre el comportamiento de las alas flexibles que deberían ayudar en el diseño de futuros vehículos de alas flexibles. También se analizaron y estudiaron las características del ángulo o fase de las alas. El prototipo final del ornithóptero pesa solo 160 g, tiene una envergadura de 88.5 cm, que puede aletear a una frecuencia máxima de aleteo de 3.869 Hz, y producir un empuje y sustentación máximos de aproximadamente 0.719 y 0.264 N respectivamente. A continuación, proponemos un ala de aleteo de tipo resonante que utiliza el fenómeno de casi resonancia de un sistema elástico de dos grados de libertad, es decir, el ala está soportada por resortes para los movimientos de aleteo y pluma. Al oscilar cerca de la frecuencia de resonancia del sistema, solo por el par en el movimiento de aleteo, la amplitud ganada es varias veces mayor que la del caso normal. El primer prototipo se fabricó con acrílico utilizando una máquina de corte láser. Las alas estaban hechas de varillas de carbono y material de cometa Ripstop. La primera prueba mostró que las alas eran demasiado pesadas para que el mecanismo funcionara. El tercer prototipo fue un diseño de manivela de engranaje único más pequeño que se fabricó utilizando una impresora 3D. La prueba inicial demostró que el segundo prototipo podía soportar el aleteo de alta frecuencia y la amplitud de casi resonancia según lo diseñado. Con control remoto, el tercer prototipo pudo despegar, ascender, navegar y aterrizar en modo de aleteo con éxito.

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