شبيه سازي و تحليل آزمايشگاهي سيستم جاذب گردابه ايبراي ربات هاي ديوار نورد

Numerical and Experimental Analysis of aSuction CupVortex Attractor Usedin Wall Climbing Robots

در اين مقاله يك نوع سيستم جاذب براي ربات هاي ديوار نورد، كه به جاذب ورتكسي معروف مي باشد، بصورت تحليلي، عددي و آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفته است. سيستم جاذب ورتكسي شامل محفظه ي جاذب، پروانه و موتور محرك مي باشد كه ورتكس درون اين جاذب، با استفاده از پروانه (فن سانتريفوژ) توليد مي شود. بارزترين ويژگي اين سيستم جاذب، محصور بودن جريان سيال درون آن مي باشد كه اين طراحي باعث افزايش نيروي جاذبه و كاهش توان مصرفي موتور مي شود. در ابتدا، يك سيستم جاذب مجهز به تجهيزات اندازه گيري ميدان فشار، دور و توان ورودي ساخته شده و تاثير پارامترهاي مختلف روي نيروي جاذبه توليدي، اندازه گيري و تحليل شده است. در اين بخش مشاهده شد كه با افزايش فاصله ي جاذب از سطح، توان مصرفي افزايش مي-يابد.شبيه سازي عددي سيستم جاذب با استفاده از نرم افزار CFX انجام و نتايج حل، از طريق استقلال حل از شبكه و مقايسه با نتايج آزمايشگاهي راست آزمايي شده است. اين مقايسه نشان مي دهد كه بيشترين تفاوت بين نقاط آزمايشگاهي و حل عددي تقريبا برابر 12 درصد مي باشد. در حل عددي مشاهده شد كه بيش ترين نيروي توليدي براي جاذب با اندازه هاي موجود، معادل 59/13 نيوتن براي فاصله پنج ميلي متري از سطح است. در ادامه مطالعه تحليلي اين سيستم با استفاده از مدل ورتكس رنكين انجام شده است. نتايج تحليل جريان با استفاده از ورتكس رنكين نشان مي دهد كه نيرو و فشار، هر دو با مربع سرعت دوراني پروانه، رابطه مستقيم دارند.

In this work, adhesion system for wall climbing robots, known as "vortex attractor", has been studied analytically, numerically and experimentally. Vortex attractor system consists of the following components: vortex cup, centrifugal fan and an electrical motor. In this design, vortex flow which is generated at the fan impeller eye produces a considerable suction pressure. Knowing this fact that the air flow is trapped inside the cup, the suction force increases and also power consumption is reduced. Firstly, an attractor system is manufactured considering necessary measurement facilities. The effect of different parameters such as rotational speed and gap between system and surface on system performance is investigated. Numerical simulation of vortex attractor system is performed using CFX software. The numerical results were verified through grid independency and validated with comparison with those obtained from measurements. This validation shows that the maximum difference between the experimental and numerical results is approximately 12 percent. Numerical result shows that maximum generated suction force for distance of5 mm from surface, equivalent to 13.59 N. In the next step analytical study is carried out using Rankine vortex. Experimental results show that as gap increases, power consumption increases. In the case of vortex attractor stick to surface, repulsive force is observed. Analytical results show that generated force and pressure are proportional to square of rotational speed.