Published September 6, 2017
| Version v1
Publication
Open
Computational Aeroelasticity of Flying Robots with Flexible Wings
Creators
- 1. Centro Científico Tecnológico - San Juan
- 2. Universidad Nacional de Córdoba
- 3. National University of Río Cuarto
- 4. National University of Salta
- 5. Virginia Tech
- 6. University of Maryland, College Park
Description
A computational co-simulation framework for flying robots with flexible wings is presented.The authors combine a nonlinear aerodynamic model based on an extended version of the unsteady vortex-lattice method with a nonlinear structural model based on a segregated formulation of Lagrange's equations obtained with the Floating Frame of Reference formalism.The structural model construction allows for hybrid combinations of different models typically used with multibody systems such as models based on rigid-body dynamics, assumed-modes techniques, and finite-element methods.The aerodynamic model includes a simulation of leading-edge separation for large angles of attack.The governing differentialalgebraic equations are solved simultaneously and interactively to obtain the structural response and the flow in the time domain.The integration is based on the fourth-order predictor-corrector method of Hamming with a procedure to stabilize the iteration.The findings are found to capture known nonlinear behavior of flapping-wing systems.The developed framework should be relevant for conducting aeroelastic studies on a wide variety of air vehicle systems.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتم تقديم إطار محاكاة حسابية مشتركة للروبوتات الطائرة ذات الأجنحة المرنة. يجمع المؤلفون بين نموذج ديناميكي هوائي غير خطي يعتمد على نسخة موسعة من طريقة الدوامة غير المستقرة مع نموذج هيكلي غير خطي يعتمد على صياغة منفصلة لمعادلات LAGRANGE التي تم الحصول عليها باستخدام شكليات الإطار المرجعي العائم. يسمح بناء النموذج الهيكلي بمزيج هجين من النماذج المختلفة المستخدمة عادة مع الأنظمة متعددة الأجسام مثل النماذج القائمة على ديناميكيات الجسم الجامد، وتقنيات الأنماط المفترضة، وطرق العناصر المحدودة. يتضمن النموذج الديناميكي الهوائي محاكاة للفصل بين الحافة الأمامية لزوايا الهجوم الكبيرة. يتم حل المعادلات التفاضلية الجبرية الحاكمة في وقت واحد وبشكل تفاعلي للحصول على الاستجابة الهيكلية والتدفق في النطاق الزمني. يعتمد التكامل على طريقة التنبؤ والتصحيح من الدرجة الرابعة لـ Hamming مع إجراء لتثبيت التكرار. تم العثور على نتائج لالتقاط السلوك غير الخطي المعروف لأنظمة الخفق. يجب أن يكون الإطار المطور مناسبًا لإجراء دراسات مرنة على مجموعة متنوعة من أنظمة الهواء الواسعة.Translated Description (French)
Un cadre de co-simulation computationnelle pour les robots volants avec des ailes flexibles est présenté. Les auteurs combinent un modèle aérodynamique non linéaire basé sur une version étendue de la méthode vortex-réseau instationnaire avec un modèle structurel non linéaire basé sur une formulation ségréguée des équations de Lagrange obtenues avec le formalisme du cadre flottant de référence. La construction du modèle structurel permet des combinaisons hybrides de différents modèles généralement utilisés avec des systèmes à plusieurs corps tels que des modèles basés sur la dynamique du corps rigide, des techniques de modes supposés et des méthodes à éléments finis. Le modèle aérodynamique comprend une simulation de la séparation de pointe pour les grands angles d'attaque. Les équations différentielles algébriques sont résolues simultanément et de manière interactive pour obtenir la réponse structurelle et le flux dans le domaine temporel. L'intégration est basée sur la méthode prédicteur-correcteur de Hamming du quatrième ordre avec une procédure pour stabiliser l'itération. Les résultats s'avèrent capturer le comportement non linéaire connu des systèmes à ailes battantes. Le cadre développé devrait être pertinent pour mener des études aéroélastiques sur une grande variété de systèmes de véhicules aériens.Translated Description (Spanish)
Se presenta un marco de co-simulación computacional para robots voladores con alas flexibles. Los autores combinan un modelo aerodinámico no lineal basado en una versión extendida del método de celosía de vórtice inestable con un modelo estructural no lineal basado en una formulación segregada de las ecuaciones de Lagrange obtenidas con el formalismo del marco flotante de referencia. La construcción del modelo estructural permite combinaciones híbridas de diferentes modelos utilizados típicamente con sistemas multicuerpo, como modelos basados en dinámicas de cuerpo rígido, técnicas de modos asumidos y métodos de elementos finitos. El modelo aerodinámico incluye una simulación de la separación de borde de ataque para grandes ángulos de ataque. Las ecuaciones diferencialalgebraicas que rigen se resuelven de forma simultánea e interactiva para obtener la respuesta estructural y el flujo en el dominio del tiempo. La integración se basa en el método predictor-corrector de cuarto orden de Hamming con un procedimiento para estabilizar la iteración. Se encuentra que los hallazgos capturan el comportamiento no lineal conocido de los sistemas de aleteo. El marco desarrollado debe ser relevante para realizar estudios aeroelásticos en una amplia variedad de sistemas de vehículos aéreos.Files
55909.pdf
Files
(4.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:01a40c0c2ba2c4353909f95981a455fb
|
4.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- المرونة الجوية الحاسوبية للروبوتات الطائرة ذات الأجنحة المرنة
- Translated title (French)
- Aéroélasticité computationnelle des robots volants avec des ailes flexibles
- Translated title (Spanish)
- Aeroelasticidad computacional de robots voladores con alas flexibles
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2752547264
- DOI
- 10.5772/intechopen.69396
References
- https://openalex.org/W1486164486
- https://openalex.org/W1536964454
- https://openalex.org/W1963636759
- https://openalex.org/W1966957198
- https://openalex.org/W1975537977
- https://openalex.org/W1986052639
- https://openalex.org/W1995038538
- https://openalex.org/W2007991818
- https://openalex.org/W2018666734
- https://openalex.org/W2020811484
- https://openalex.org/W2026175396
- https://openalex.org/W2027589934
- https://openalex.org/W2028066214
- https://openalex.org/W2031048400
- https://openalex.org/W2053253950
- https://openalex.org/W2066649109
- https://openalex.org/W2069414577
- https://openalex.org/W2073116181
- https://openalex.org/W2080151711
- https://openalex.org/W2080524911
- https://openalex.org/W2088374543
- https://openalex.org/W2088773186
- https://openalex.org/W2091836122
- https://openalex.org/W2098082901
- https://openalex.org/W2100363371
- https://openalex.org/W2111608904
- https://openalex.org/W2113042984
- https://openalex.org/W2121822682
- https://openalex.org/W2125680029
- https://openalex.org/W2126476514
- https://openalex.org/W2141823110
- https://openalex.org/W2151062510
- https://openalex.org/W2154171828
- https://openalex.org/W2204945598
- https://openalex.org/W2313894073
- https://openalex.org/W2316821825
- https://openalex.org/W2323135535
- https://openalex.org/W2330120747
- https://openalex.org/W2403667235
- https://openalex.org/W2477244626
- https://openalex.org/W2486021928
- https://openalex.org/W2586092588
- https://openalex.org/W2608256537
- https://openalex.org/W4301437120
- https://openalex.org/W62791640