اهمیت مدل سازی با استفاده از روش باندگراف را می توان در مزیت های این روش به عنوان یک روش کارآمد در مدل سازی مسائل چند موضوعی نسبت به سایر روش های مرسوم جستجو کرد. این ویژگی های منحصر به فرد روش باندگراف، ایده اصلی کاربرد آن در مسائل مدل سازی پرنده های بالزن را تشکیل می دهد.
هدف اصلی این پژوهش که در قالب رساله دکترای تخصصی زهرا جهان بین در رشته مهندسی هوافضا انجام شد، بررسی امکان پیاده سازی روش باندگراف در مدل سازی بالزن ها و همچنین بررسی میزان حساسیت پارامترهای پروازی بر عملکرد پرنده بالزن می باشد. بدین منظور بخش عمده ای از کار بر روی استخراج مدل باندگرافی اجزا و پرنده بالزن کامل با درنظر گرفتن تمامی زیر سیستم ها و چالش های موجود در این زمینه متمرکز شد. هدف دیگر این تحقیق، مدل سازی پرنده بالزن با بال های الاستیک دو تکه به منظور نشان دادن قابلیت های آن در مقایسه با بال یک تکه بود.
این پژوهش به دو بخش تقسیم شده است. بخش اول به مدل سازی باندگرافی یک پرنده بالزن نمونه با بال های یک تکه الاستیک با تمامی زیر سیستم های آن پرداخته می شود. سینماتیک بال ها بطور مستقل و با هدف ارزیابی حرکات جانبی پرنده پیاده سازی شده و نیروهای آیرودینامیکی با فرض تئوری شبه پایا استخراج می گردند. در ادامه، ارزیابی عملکرد پرنده بالزن و مطالعه پارامتری حول کمیت های مهم از جمله فرکانس، سرعت، سختی پیچشی و دامنه بال زدن صورت می گیرد. به عنوان یک نوآوری در این پژوهش به مطالعه توانایی روبات پرنده در ایجاد نیروهای جانبی بدون استفاده از یک سطح کنترلی اضافی و تنها با ایجاد عدم تقارن در الگوی بال زدن به منظور اجرای مانورهای عرضی یا سمتی پرداخته می شود. از آنجا که حساسیت نیروی جانبی به پارامتر اختلاف فاز بیشتر از سایر کمیت ها است که در نتیجه در مانورهای سریع پرنده می توان از این قابلیت بهره گرفت. بر پایه مدل باندگرافی ارائه شده، می توان تأثیر متغیرهای طراحی، مشخصه های مکانیکی، قیدهای هندسی و به ویژه سینماتیک پرنده را بر طیف وسیعی از پارامترهای عملکردی به سهولت مطالعه نمود.
در بخش دوم پژوهش، به توسعه یک مدل یکپارچه و سیستمی از یک پرنده نوعی بالزن با بال دو تکه الاستیک بر اساس رویکرد باندگراف پرداخته شده است. به منظور مدل سازی آیرودینامیکی این پرنده از روش شبه پایا بهره گرفته می شود. برای محاسبه توزیع پیچش لحظه ای مقاطع بال در هر دو تکه از یک مدل سازی آیروالاستیسیته بهره گیری می شود که در آن سازه بال به شکل یک تیر الاستیک اویلر برنولی در محل لبه حمله فرض می شود. در اینجا، سه شکل مود شیپ پیچشی اول برای کوپل سازه بکار می رود. در این مدل یکپارچه باندگرافی که توسعه آن نوآوری و هدف این پژوهش بوده است، کمیت های عملکردی مورد بررسی شامل متوسط نیروی جلوبرنده و برآی حاصل از بال زدن و همچنین توان مصرفی از طریق مکانیزم بال زدن، توان مفید پیشرانشی و در نهایت راندمان بال زدن می باشند. به دلیل وجود انبوه پارامترهای هندسی و سینماتیکی در پرنده های بالزن چند تکه الاستیک، وجود یک چنین مدل جامعی نقش مؤثر و مهمی در طراحی و بهینه سازی خواهد داشت. در نتیجه، نمونه ای از یک مطالعه پارامتری مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده می شود که با استفاده از بال زدن در فاز معکوس که فقط از طریق بال های چند تکه امکان پذیر می باشد، می توان به حداکثر راندمان دست یافت. علاوه بر این تنظیم سختی پیچشی بال یک مورد اساسی در طراحی روبات های بالزن منفعل می باشد. مزیت اصلی پرنده بال زن با بال دو تکه قابلیت کنترل زاویه حمله در قسمت بیرونی بال است.
گفتنی است این پژوهش با راهنمایی دکتر سعید کریمیان عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه انجام شد.