Il modello simula la rigidità alette variabile per il miglior sollevamento
C’è una vasta ricerca su come una flap a posizione fissa influisce sul sollevamento nel campo dell’interazione fluido-struttura. Così, i ricercatori hanno condotto uno studio bio ispirato con una nuova idea – rigidità variabile nel tempo molto simile a come un uccello può tesare o irrigidire la muscolatura e i tendini collegati alle piume coprenti – per capire meglio come influenza il sollevamento. I risultati hanno mostrato un beneficio del 136 percento.
Esiste una vasta ricerca su come una flap a posizione fissa influisce sul sollevamento nel campo dell’interazione fluido-struttura. Tuttavia, portando la discussione in una nuova direzione, i ricercatori dell’Università di Illinois Urbana-Champaign hanno condotto uno studio bio ispirato con una nuova idea – la rigidità variabile – per capire meglio come influenza il sollevamento.
I ricercatori si sono chiesti se potessero modellare una flap su un’ala, con rigidità variabili nel tempo, molto simile a come un uccello può tesare o irrigidire la muscolatura e i tendini collegati alle piume.
“Sappiamo da precedenti studi che avere una flap con una certa rigidità potrebbe aiutare a aumentare il sollevamento nel regime di stallo”, ha detto Andres Goza, professore del Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale presso UIUC. “Quindi, ci siamo chiesti: e se potessimo regolare la rigidità? Quanto beneficio ci sarebbe?”
I risultati dello studio hanno mostrato un grande beneficio. “La nostra flap con rigidità variabile è stata migliore di non avere alcuna flap del 136 percento e dell’85 percento migliore della miglior possibile flap a singola rigidità da uno studio precedente che abbiamo condotto”.
Goza e il suo studente Nirmal Nair hanno modellato un attuatore di rigidità variabile su una flap congiunta a un’ala tramite una molla torsionale per creare un controllore ibrido che cambia la rigidità nel tempo. La flap stessa non può sbattere o piegarsi in alcun modo. La rigidità si riferisce a quanto saldamente la molla torsionale tiene la flap.
“Nella simulazione, abbiamo addestrato un controllore che ha determinato un valore specifico nello spettro da molto rigido a molto morbido. Il controllore è stato costruito usando l’apprendimento per rinforzo e addestrato per selezionare una rigidità per migliorare il sollevamento sulla superficie dell’ala”, ha detto Goza.
“Utilizzando gli attuatori di rigidità variabile, otteniamo i cambiamenti nei valori di rigidità della molla. La molla è un modello semplificato. Nella pratica, questa funzionalità può essere implementata utilizzando attuatori di rigidità variabile, anche se questo è un passaggio non banale che richiederebbe un nuovo sforzo di ricerca, al di là di ciò che abbiamo esaminato. I risultati del nostro paradigma di regolazione della rigidità sono stati confrontati con il caso di singola rigidità migliore possibile, ottenuto costruendo una mappa delle prestazioni per diverse diverse simulazioni corrispondenti a un singolo valore di rigidità ciascuna”.
Goza ha detto che i miglioramenti del sollevamento sono ottenuti grazie alle oscillazioni della flap ad ampia ampiezza mentre la rigidità varia su quattro ordini di grandezza.
“Per i primi nove unità di tempo, il controllore ha provato diverse rigidità e ha imparato cosa è successo”, ha detto Goza. “Poi l’abbiamo lasciato libero per il resto della simulazione: in un dato istante, decide di cambiare la rigidità e adattarsi attivamente nel tempo in base a ciò che il flusso sta facendo per ottenere un aumento del sollevamento”.
Goza ha detto che è complicato sviluppare una strategia di controllo come questa.
“Cambiando la rigidità, la flap si muove. Poi il movimento della flap cambia il flus
In Other News Around the World: