طراحي و تحليل آيروديناميكي يك بال شكل‌پذير به همراه عملگر آلياژ حافظه‌دار

Design and Aerodynamic Analysis of a Morphing Wing with Shape Memory Alloy Actuator

هدف از انجام اين تحقيق، طراحي و مدل‌سازي يك بال شكل‌پذير است كه بتواند عملكرد پروازي وسايل نقليه هوايي را بهبود بخشد. چالش‌هاي بسياري در خصوص توسعه‌ي اين قبيل بال‌ها وجود دارد. يكي از اين چالش‌ها، انتخاب و يا طراحي مكانيزم تحريك براي تغيير شكل بال است. از آن‌جايي‌كه اين بال‌ها بايد به‌اندازه‌ي كافي سبك باشند تا بتوانند در شرايط پروازي عملكرد خوبي از خود به نمايش بگذارند، لذا لازم است از مكانيزم‌هاي تحريك مناسبي در طراحي آن‌ها استفاده شود. از طرفي، مواد هوشمند و علي‌الخصوص آلياژهاي حافظه‌دار، به‌عنوان دسته‌اي از مواد هوشمند، براي اين كاربرد بسيار مناسب مي‌باشند. لذا در اين پژوهش از اين مواد براي مكانيزم تحريك بهره گرفته شده است. براي نيل به اين هدف، يك مكانيزم جديد به‌منظور به‌كارگيري در بال شكل‌پذير توسعه داده شده است. مكانيزم ارايه ‌شده به‌منظور استفاده در بال طراحي و ساخته مي‌شود. اين مكانيزم قابليت ايجاد دو حركت گال و سوييپ را به بال مي‌دهد. همچنين ملاحظات لازم در خصوص طراحي بال با استفاده از مكانيزم پيشنهادي ارايه گرديده است. تحليل‌هاي سيالاتي نشان مي‌دهند عملكرد بال تغيير شكل يافته نسبت به بال تغيير شكل نيافته در رژيم‌هاي پروازي خاصي بهبود مي‌يابد.

The scope of the current investigation incorporates the entire process involved in design and development of a Shape Memory Alloy (SMA) actuated wing intended to fulfill morphing missions. At the design step, a two Degree-of-Freedom (DOF) mechanism is designed that is appropriate for morphing wing applications. The mechanism is developed in such a way that it can undergo two different DOF, i.e. gull and sweep, so that the wing can have maneuvers that are more efficient. Smart materials are commonly selected as the actuators due to their suitable thermo-mechanical characteristics. Shape Memory Alloy (SMA) actuators are capable of providing more efficient mechanisms in comparison to the conventional actuators due to their large force/stroke generation, smaller size with high capabilities in limited spaces, and lower weight. As SMA wires have nonlinear hysteresis behavior, their modeling should be implemented in a meticulous way. In this work, after proposing a two DOF morphing wing, an aerodynamic analysis of the whole wing for unmorphed and morphed wings is presented. The results show that the performance of the morphed wing in special flight regimes is improved.