Trabalho de Conclusão de Curso
Modelagem e análise cinemática de um mecanismo de asa oscilante para aplicação em vant bioinspirado
Modeling and kinematic analysis of a flapping wing mechanism for bio-inspired uav application
Registro en:
Freitas, Mariana Finamor Frota Saldanha de. Modelagem e análise cinemática de um mecanismo de asa oscilante para aplicação em vant bioinspirado. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia, Universidade Federal da Grande Dourados, Dourados, MS, 2022.
Autor
Freitas, Mariana Finamor Frota Saldanha de
Institución
Resumen
Unmanned aerial vehicles (UAVs), called Flapping Wing Micro Aerial Vehicle (FWMAV), imitate the flight characteristics of birds and insects. Birds achieve lift and remain in the air using only the force of their wings, with which they generate the thrust necessary to overcome air resistance and set their body in motion. FWMAV models are commonly considered biomimetic or biomorphic, as they closely resemble the structure and function of biological systems, thus managing to ingeniously integrate nature and engineering. The development of FWMAV typically involves small-scale challenges, knowledge in aerodynamics, flexible wing design, as well as difficulties with the cost of materials for its manufacture. Thus, a systematic planning is necessary for modeling the flapping wing mechanism of a Bioinspired UAV. In this context, the present work presents a two-dimensional kinematic model of a flapping wing mechanism of an Ornithopter, based on a single crank and double rocker system, with two independent 4-bar mechanisms. Computer simulations are performed using the Octave software to analyze the angular movements of the wings, such as the transmission, oscillation and phase angles between the wings. The geometric parameters of an mechanism are defined following predefined angular limits. Finally, a prototype is modeled in SolidWorks software and manufactured using the rapid prototyping method. Os veículos aéreos não-tripulados (VANTs), denominados Flapping Wing Micro Aerial Vehicle (FWMAV), imitam as características de voo de pássaros e insetos. Os pássaros alcançam sustentação e permanecem no ar usando somente a força de suas asas, com as quais geram impulso necessário para vencer a resistência do ar e colocar seu corpo em movimento. Os modelos de FWMAV são comumente considerados biomiméticos ou biomórficos, pois assemelham-se com importante fidelidade à estrutura e a função dos sistemas biológicos, conseguindo assim, engenhosamente, integrar natureza e engenharia. O desenvolvimento de FWMAV tipicamente envolve desafios em escala reduzida, conhecimentos em aerodinâmica, asa com design flexível, bem como dificuldades com o custo de materiais para a sua fabricação. Dessa forma, faz-se necessário um planejamento sistemático para a modelagem do mecanismo de asa oscilante de um VANT Bioinspirado. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta um modelo cinemático bidimensional de um mecanismo de asa oscilante de um Ornitóptero, baseado em um sistema de manivela única e duplo balancim, com dois mecanismos de 4 barras independentes. Simulações computacionais são realizadas utilizando o software Octave para análise dos movimentos angulares das asas, tais como os ângulos de transmissão, oscilação e de fase entre as asas. Os parâmetros geométricos de um mecanismo são definidos obedecendo limites angulares predefinidos. Por fim, um protótipo é modelado no software SolidWorks e fabricado utilizando o método de prototipagem rápida.