Đề tài khoa học và công nghệ cấp Trường: Nghiên cứu cải thiện khả năng tạo lực nâng của phương tiện bay kích cỡ nano, loại cánh đập

- NGHIÊN C U C I THI N KH NĂNG T O L C Ứ Ả Ệ Ả Ạ Ự NÂNG C A PH Ủ ƯƠ NG TI N BAY KÍCH C NANO, Ệ Ỡ .
- MAV: ph ươ ng ti n bay theo tiêu chu n kích c micro ệ ẩ ỡ NAV: ph ươ ng ti n bay theo tiêu chu n kích c nano ệ ẩ ỡ.
- UAVs: ph ươ ng ti n bay không ng ệ ườ i lái.
- Tên đ tài: nghiên c u c i thi n kh năng t o l c nâng c a ph ề ứ ả ệ ả ạ ự ủ ươ ng ti n bay ệ kích c nano, lo i cánh đ p ỡ ạ ậ.
- Đ gi m b t gánh n ng này, m c đích c a ể ứ ầ ủ ọ ể ả ớ ặ ụ ủ bài báo là xây d ng m t công c phù h p đ phân tích đ ng h c c a ph ự ộ ụ ợ ể ộ ọ ủ ươ ng ti n ệ qua đó có th t i u hóa l c nâng (lift) trên cánh.
- ẩ D a trên tính ch t m m d o c a ph ự ấ ề ẻ ủ ươ ng ti n, nguyên m u đ ệ ẫ ượ c nghiên c u đ ứ ể k t h p hai ch đ rung c ng h ế ợ ế ộ ộ ưở ng ­ u n và xo n ­ đ tái t o qu đ o cánh côn ố ắ ể ạ ỹ ạ trùng.
- Hi u qu , ph ệ ả ươ ng th c chuy n giao k t qu nghiên c u và kh năng áp ứ ể ế ả ứ ả d ng: ụ Làm n n t ng cho nh ng nghiên c u ti p sau.
- Đ i m t v i nhu c u v các ph ể ệ ả ố ặ ớ ầ ề ươ ng ti n bay có ệ kh năng ho t đ ng trong môi tr ả ạ ộ ườ ng kín và h n ch , các UAV đã tr nên ngày ạ ế ở càng nh nh .
- Hai nguyên m u đ ằ ộ ẫ ượ c phát tri n ch y u t i Vi n Đi n t , Vi đi n t và Công ngh nano (IEMN) ể ủ ế ạ ệ ệ ử ệ ử ệ [8] n i các ơ h th ng vi c đi n t (MEMS) và m ch đi n t có th đ ệ ố ơ ệ ử ạ ệ ử ể ượ c ch t o b ng các ế ạ ằ ph ươ ng ti n có s n.
- NAV bao g m m t c u trúc ở ệ ố ứ ể ạ ộ ể ộ ậ ồ ộ ấ linh ho t ba chi u đ ạ ề ượ c ch t o b ng công ngh MEMS k t h p v i b truy n ế ạ ằ ệ ế ợ ớ ộ ề đ ng đi n t cho phép toàn b ph ộ ệ ừ ộ ươ ng ti n rung v i t n s cao h n MAV.
- M c tiêu c a công vi c này là phát tri n m t ph ụ ủ ệ ể ộ ươ ng ti n bay Nano­Air­Cánh đ p ệ ậ cánh t đ ng, l y c m h ng t sinh h c.
- ậ ồ ộ ọ ủ ơ ế ộ ọ ổ ị Chúng tôi đ xu t đ ng h c cánh cho các ph ề ấ ộ ọ ươ ng ti n c a chúng tôi g n v i chim ệ ủ ầ ớ ru i và côn trùng và tìm th y m t s c ch nâng cao khí đ ng h c nh hi u ng ồ ấ ộ ố ơ ế ộ ọ ư ệ ứ Wagner và hi u ng kh i l ệ ứ ố ượ ng đ ượ c thêm vào.
- Ch ươ ng 2 quay tr l i NAV lo i cánh đ p.
- NAV: Các ph ươ ng ti n bay kích c Nano (NAV), ch ệ ỡ ươ ng trình do C quan D án ơ ự Nghiên c u Tiên ti n Qu c phòng (DARPA) kh i x ứ ế ố ở ướ ng vào năm 2005, là m t lo i ộ ạ UAV thu nh v i kích th ỏ ớ ướ ố c t i đa 7,5 cm và t ng tr ng l ổ ọ ượ ng c t cánh d ấ ướ i 10 g..
- Ch ươ ng 1 : T ng quan tình hình nghiên c u ổ ứ.
- Máy bay không ng ườ i lái, tên ti ng anh là unmanned aerial vehicles (UAVs), là m t ế ộ ph ươ ng ti n bay mà không có ng ệ ườ i ng i trên máy bay.
- UAV cánh c đ nh t ố ị ươ ng t nh máy bay.
- ộ ố ẫ ồ ạ ư ẫ ộ ạ Các ph ươ ng ti n hi n có có s i cánh l n h n 7,5 cm và do đó đ ệ ệ ả ớ ơ ượ c coi là MAV.
- nhìn sâu s c v các t ắ ề ươ ng tác c u trúc ch t l ng.
- Theo DARPA, các ph ươ ng ti n có cánh c đ nh là t t nh t khi tính v kích th ệ ố ị ố ấ ề ướ c và tr ng l ọ ượ ng [47].
- Tuy nhiên, đ bay đ ể ượ c chúng c n liên t c di chuy n v phía ầ ụ ể ề tr ướ c đ t o ra l c nâng và các ph ể ạ ự ươ ng ti n không th l ệ ể ượ n và c đ ng trong ơ ộ không gian ch t h p.
- Các c u hình c a ph ấ ủ ươ ng ti n bay lo i cánh xoay: a) conventional, b) ệ ạ ducted coaxial, c) conventional coaxial, d) side­by­side rotors, e) synchropter, f) conventional tandem, g) quadrotor [20], [21].
- D a trên s l ộ ỹ ậ ố ụ ả ự ố ượ ng và v trí c a cánh ị ủ qu t, các ph ạ ươ ng ti n cánh quay có th đ ệ ể ượ c chia thành các danh m c khác nhau, ụ nh minh h a trong Hình ư ọ Hình 1.
- Ví d , n u c n m t MAV cánh quay ọ ụ ộ ệ ụ ụ ế ầ ộ có th đi u khi n đ ể ề ể ượ c thì đ ng c b n bánh s phù h p h n, nh ng n u yêu c u ộ ơ ố ẽ ợ ơ ư ế ầ ph ươ ng ti n bay có c u hình ph c t p th p thì đ ng c b n bánh không còn là l a ệ ấ ứ ạ ấ ộ ơ ố ự ch n t t nh t.
- Ph ủ ỏ ể ừ ạ ỉ ặ ơ ồ ả ươ ng ti n ệ bay này s h u ba camera, m t h ở ữ ộ ướ ng v phía tr ề ướ c, m t h ộ ướ ng th ng xu ng và ẳ ố m t h ộ ướ ng xu ng 45.
- Ngoài ra, r t ít h ph ử ụ ẫ ế ờ ắ ấ ệ ươ ng ti n ệ có trang b các c m bi n b sung.
- FM gi m t 0,8 đ i v i ph ị ả ế ổ ả ừ ố ớ ươ ng ti n bay cánh ệ xoay có ng ườ i lái thông th ườ ng xu ng t 0,45 đ n 0,55 đ i v i các MAV hi n có.
- Tuy ứ ề nhiên, t t c đ u có v n đ khi ta c g ng gi m kích ph ấ ả ề ấ ề ố ắ ả ươ ng ti n và h s Re.
- Ý t ưở ng v ph ề ươ ng ti n bay lo i cánh đ p đ ệ ạ ậ ượ ấ c l y c m h ng t các sinh v t bay ả ứ ừ ậ bao g m chim và côn trùng, đ p cánh đ t o l c nâng và l c đ y.
- kích th ạ ớ ỏ ấ ớ ấ Ở ướ c nh ỏ này, nh ng ph ữ ươ ng ti n bay ph i ch u hi u ng nh t t ệ ả ị ệ ứ ớ ươ ng đ i cao do s gi m s ố ự ả ố h s Re.
- các ph ươ ng ti n ho c đ ng v t bay càng nh thì s ệ ặ ộ ậ ỏ ố Re càng th p.
- :Kho ng h s Reynolds cho các sinh v t cũng nh ph ả ệ ố ậ ư ươ ng ti n bay, hình ệ đ ượ c tích h p t tài li u tham kh o ợ ừ ệ ả [26]..
- Nhóm th hai v cánh ồ ự ấ ử ụ ộ ọ ứ ỗ theo ph ươ ng g n n m ngang v i nh ng thay đ i l n và nhanh chóng v góc t n ầ ằ ớ ữ ổ ớ ề ấ [27].
- Do s thay đ i góc l n này, các ph ự ổ ớ ươ ng ti n gi ng côn trùng có th đ t t l ệ ố ể ạ ỷ ệ gi a tr ng l ữ ọ ượ ng và l c nâng cao h n so v i nhóm gi ng chim và do đó có th c t ự ơ ớ ố ể ấ cánh và h cánh th ng đ ng cũng nh bay l l ng.
- Đ d mô t , màu tím, xanh lam và đ ể ễ ả ỏ l n l ầ ượ ượ t đ c ch n cho ch c a tên c a các ph ọ ữ ủ ủ ươ ng ti n lo i cánh c đ nh, quay và ệ ạ ố ị .
- Tên c a các ph ệ ủ ươ ng ti n có cánh c đ nh, quay và cánh đ p có màu ệ ố ị ậ l n l ầ ượ t là tím, xanh lam và đ .
- Ch các kích th ỏ ỉ ướ c chính t ươ ng ng v i t ng lo i ứ ớ ừ ạ cánh đ ượ c hi n th đ ch ra kích ph ể ị ể ỉ ươ ng ti n.
- Ví d : s i cánh mô t kích th ệ ụ ả ả ướ c c a các MAV có cánh đ p và cánh c đ nh, trong khi kích th ủ ậ ố ị ướ c 3D c a đ ủ ườ ng kính quadrotor và rotor đ ượ ử ụ c s d ng cho các ph ươ ng ti n cánh quay khác ệ.
- kích ợ ủ Ở th ướ c nh , ph ỏ ươ ng ti n cánh v có hi u su t t t h n so v i ph ệ ỗ ệ ấ ố ơ ớ ươ ng ti n cánh c ệ ố đ nh và cánh quay.
- Khi đ n cu i m i l n v , cánh đ o ng ọ ụ ế ố ỗ ầ ỗ ả ượ c h ướ ng đ có ể góc t n d ấ ươ ng cho l n v ti p theo.
- Tóm l i, ph ể ớ ặ ặ ơ ử ạ ươ ng ti n bay l y c m h ng ệ ấ ả ứ t sinh h c d a trên côn trùng có th là m t gi i pháp có tri n v ng cho m t MAV ừ ọ ự ể ộ ả ể ọ ộ có kh năng bay l ả ượ n c đ ng.
- Bây gi đ hi u rõ h n v các hi n t ờ ể ể ơ ề ệ ượ ng khí đ ng h c, chúng ta s nhìn vào b n ộ ọ ẽ ả ch t đ xác đ nh các ph ấ ể ị ươ ng th c bay khác nhau.
- Bay theo cách l ướ t là ph ươ ng th c bay ít t n năng l ứ ố ượ ng.
- Vì các cánh v trí trong ch đ bay này, vì v y lý thuy t v ph ở ị ế ộ ậ ế ề ươ ng ti n bay cánh c ệ ố đ nh có th đ ị ể ượ ử ụ c s d ng đ mô t khí đ ng h c c a tàu l ể ả ộ ọ ủ ượ n.
- Các loài chim có th đ t đ ở ố ộ ể ả ự ả ể ạ ượ c hi u ng t ệ ứ ươ ng t ự .
- Do có đôi cánh ớ ộ ơ t ươ ng đ i m ng (không có hình d ng cánh qu t), nh ng con chim này không th ố ỏ ạ ạ ữ ể khai thác nguyên lý Bernoulli.
- Tóm l i, m i ph ạ ỗ ươ ng th c bay đ u có nh ng u và nh ứ ề ữ ư ượ c đi m phù h p v i nh ng ể ợ ớ ữ thi t k khác nhau trong nh ng tình hu ng c th .
- N u không có hi n t ệ ể ộ ế ệ ượ ng này, chim th ườ ng ph i k t h p bay l ả ế ợ ượ n v i ph ớ ươ ng th c bay th hai g i là bay v v phía ứ ứ ọ ỗ ề tr ướ c.
- Đ i v i ph ơ ố ớ ươ ng ti n bay quy ệ .
- Ch ươ ng 2 :Xem xét l a ch n thành ph n cho ph ự ọ ầ ươ ng ti n bay ệ.
- Cách này đã đ ượ c s ử d ng thành công trong MAV giúp ph ụ ươ ng ti n t o ra góc đ u ra l n v i đi n áp ệ ạ ầ ớ ớ ệ truy n đ ng th p.
- Tr ng l ủ ọ ượ ng c a đ ng ủ ộ c đi n m t chi u h n ch kh năng gi m tr ng l ơ ệ ộ ề ạ ế ả ả ọ ượ ng c a ph ủ ươ ng ti n bay.
- B ng 1.1 trình bày các b truy n đ ng ti m năng theo các đ c ề ộ ả ộ ề ộ ề ặ đi m chính c a chúng bao g m bi n d ng t i đa, ng su t, m t đ năng l ể ủ ồ ế ạ ố ứ ấ ậ ộ ượ ng bi n ế d ng, hi u su t và t c đ ph n h i t ạ ệ ấ ố ộ ả ồ ươ ng đ i.
- H n n a, chúng đã đ ấ ề ả ấ ơ ữ ượ c ch ng minh là có hi u qu cho thi t ứ ệ ả ế b truy n đ ng c a ph ị ề ộ ủ ươ ng ti n cánh v quy mô nh (<1 g).
- Đ k t lu n, tùy thu c vào kích th ể ế ậ ộ ướ c và tr ng l ọ ượ ng ph ươ ng ti n, các c c u ệ ơ ấ truy n đ ng chính có th đ ề ộ ể ượ ự c l a ch n.
- Các ph ươ ng ti n bay cánh đ p có th đ t đ n tr ng thái n đ nh th đ ng mà không ệ ậ ể ạ ế ạ ổ ị ụ ộ c n s tr giúp c a các đ n v đo l ầ ự ợ ủ ơ ị ườ ng quán tính ho c ch đ lái t đ ng b ng ặ ế ộ ự ộ ằ cách s d ng đuôi và cánh bu m.
- Tuy nhiên, nó làm cho ph ế ế ầ ấ ớ ươ ng ti n b n đ nh m t cách b đ ng.
- Do đó, m t h th ng đi u khi n ph c t p h n ệ ị ổ ị ộ ị ộ ộ ệ ố ề ể ứ ạ ơ bao g m đ n v đo l ồ ơ ị ườ ng quán tính, c ch đi u khi n và s đ đi u khi n chuy n ơ ế ề ể ơ ồ ề ể ể đ ng c a cánh c n ph i đ ộ ủ ầ ả ượ c tích h p đ n đ nh tr ng thái ph ợ ể ổ ị ạ ươ ng ti n.
- Ti p theo, Harvard RoboBee ế [66] là ph ươ ng ti n NAV nh nh t và nh nh t bay l ệ ỏ ấ ẹ ấ ơ l ng v i đi u khi n bên ngoài.
- S l ố ượ ng cánh.
- Các ph ươ ng án đi u khi n thi t b bay lo i cánh đ p ề ể ế ị ạ ậ.
- Đi u thú v là s b c t do c a xe có th v ề ị ố ậ ự ủ ể ượ t quá s c c u ch p hành t n t i trên ố ơ ấ ấ ồ ạ ph ươ ng ti n.
- Ví d , m t ph ấ ấ ụ ộ ươ ng ti n có cánh v bao g m hai cánh và m i cánh ệ ỗ ồ ỗ đ ượ c d n đ ng tr c ti p b i m t b truy n đ ng áp đi n, nh th hi n trong ẫ ộ ự ế ở ộ ộ ề ộ ệ ư ể ệ Hình 2.
- Ph ổ ỳ ươ ng pháp này s d ng t n s đ i x ng và không ử ụ ầ ố ố ứ đ i x ng làm bi n đi u khi n o, gi nguyên các tham s đã đ c p tr ố ứ ế ề ể ả ữ ố ề ậ ướ c đó là c ố đ nh.
- Các ph ươ ng pháp xoay cánh.
- H n ệ ấ ứ ạ ỏ ỹ ư ơ ể ế ạ ơ n a, c ch này làm tăng đáng k kh i l ữ ơ ế ể ố ượ ng ph ươ ng ti n.
- Tóm l i, quay cánh ch đ ng mang l i nhi u kh ặ ễ ị ạ ủ ộ ạ ề ả năng ki m soát h n nh ng l i làm tăng đáng k kh i l ể ơ ư ạ ể ố ượ ng ph ươ ng ti n.
- S ế ệ ự ọ ồ ụ ộ ế ế ử d ng bu m giúp đ n gi n hóa vi c đi u khi n, nh ng ph ụ ồ ơ ả ệ ề ể ư ươ ng ti n kém linh ho t ệ ạ h n và trông nó cũng không t nhiên.
- Lo i có đuôi đ ơ ự ạ ượ c đi u khi n ch đ ng d n ề ể ủ ộ ẫ đ n kh năng c đ ng cao h n nh ng nó cũng làm tăng đ ph c t p c a các c c u ế ả ơ ộ ơ ư ộ ứ ạ ủ ơ ấ liên k t và do đó làm tăng kh i l ế ố ượ ng ph ươ ng ti n.
- hành t ươ ng ng đã đ ứ ượ c ch n trong ọ : T ng quan tình hình nghiên c u ổ ứ .L a ch n ự ọ đ ng h c cánh và khí đ ng h c theo kèm ộ ọ ộ ọ .
- Nh ng khó khăn to l n c a các hi n ữ ớ ủ ệ t ượ ng khí đ ng h c không n đ nh mà các nhà nghiên c u g p ph i khi thi t k các ộ ọ ổ ị ứ ặ ả ế ế ph ươ ng ti n bay c nh cũng đ ệ ỡ ỏ ượ c đ cao.
- Ph n ớ ạ ấ ầ :Xem xét l a ch n thành ph n cho ph ự ọ ầ ươ ng ti n bay ệ xem xét các MAV hi n có.
- V i ý t ớ ưở ng phát tri n m t MAV cánh v cánh l y c m h ng t loài chim ru i, bây ể ộ ỗ ấ ả ứ ừ ồ gi c n thi t l p hai thông s k thu t quan tr ng, có liên quan m t thi t v i ờ ầ ế ậ ố ỹ ậ ọ ậ ế ớ ph ươ ng ti n bay: s i cánh và t ng kh i l ệ ả ổ ố ượ ng.
- Ph ế ươ ng ti n bay n ng h n có đôi cánh dài h n và ng ệ ặ ơ ơ ượ ạ c l i.
- T ừ m i t ố ươ ng quan này, có th ch n chi u dài cánh thích h p theo t ng kh i l ể ọ ề ợ ổ ố ượ ng c a ủ ph ươ ng ti n l y c m h ng t thiên nhiên.
- L y ủ ế ồ ả ạ ệ ẽ ả ấ Hummingbirds (nét đ t màu đ ) làm chu n, kh i l ứ ỏ ẩ ố ượ ng này t ươ ng ng v i chi u ứ ớ ề dài cánh là 8 cm.
- Ch ươ ng 3 : Mô ph ng và th c nghi m ỏ ự ệ.
- Nghiên c u này có tính đ c đáo b i nó d a trên mô hình tham s phân tán ứ ộ ở ự ố (distributed­parameter model) xây d ng cho m t ph ự ộ ươ ng ti n bay có c u trúc micro ệ ấ m m d o.
- Ph ề ẻ ươ ng ti n đ ệ ượ c x d ng trong nghiên c u này có tên là “object volant ử ụ ứ mimant l’insecte” (OVMI) [10], đ ượ c ch t o b ng công ngh micro v i v t li u ế ạ ằ ệ ớ ậ ệ d o.
- M c dù có nh ng l i th nh v y, mô hình Bond Graph cho đ n nay ph n l n ch ặ ữ ợ ế ư ậ ế ầ ớ ỉ d ượ c áp d ng cho ph ụ ươ ng ti n bay lo i cánh xoay (rotary­wing) ệ ạ [83]–[86].
- Rõ ràng r ng mô hình đ ủ ằ ượ c phát tri n trong đ tài này đã còn m ể ề ở r ng s m m d o ra toàn b c u trúc c a ph ộ ự ề ẻ ộ ấ ủ ươ ng ti n.
- Các chuy n đ ng này đ t t i biên đ c c đ i khi c ng h ể ộ ạ ớ ộ ự ạ ộ ưở ng, t ươ ng ng đ ứ ượ c đ t ặ tên là ch đ u n ( ế ộ ố Hình 3.
- S đ đi n t ể ự ệ ừ ố ơ ồ ệ ươ ng đ ươ ng c a c c u ch p ủ ơ ấ ấ hành này đ ượ c miêu t nh trong ả ư Hình 3.
- t ố ố ươ ng đ ươ ng v i đ dài c a cu n dây.
- Mô hình Bond Graph c a cánh ủ Mô hình “Cánh” th c ch t bao g m toàn b t t c ự ấ ồ ộ ấ ả các thanh c a khung x ủ ươ ng nh ng không bao g m màng cánh.
- khung m m d o c a ph ề ẻ ủ ươ ng ti n đ ệ ượ c miêu t b ng 13 thanh ả ằ Euler Bernoulli.
- Giao đ ng u n và xo n trong t ng thanh có th đ ộ ố ắ ừ ể ượ c bi u di n ể ễ thông qua hai ph ươ ng trình đ o hàm nh sau: ạ ư.
- Giá tr t ị ươ ng ng ứ c a đ c ng và kh i l ủ ộ ứ ố ượ ng c a ch đ th n đ ủ ế ộ ứ ượ c xác đ nh thông qua ( ị.
- Theo lý thuy t dao đ ng c đi n ộ ủ ứ ế ộ ổ ể [92], thành ph n theo th i gian th a mãn ph ầ ờ ỏ ươ ng trình đ o hàm sau: ạ.
- ụ ự ệ ừ ộ ể ữ ủ ứ ) có d ng c a ph ạ ủ ươ ng trình đ nh lu t Newton 2.
- đ ượ ử ụ c s d ng .
- Trong ngôn ng Bond Graph, ph ệ ữ ươ ng trình.
- cùng cho toàn b ộ ph ươ ng ti n.
- Đ c ng và kh i l ộ ứ ố ượ ng t ươ ng đ ươ ng t ươ ng ng v i m i ch đ c ng h ứ ớ ỗ ế ộ ộ ưở ng có th đ ể ượ c suy ra v m t lý thuy t t Công th c 5.
- Do đó, t n s ho t đ ng t ề ặ ế ừ ứ ầ ố ạ ộ ươ ng ng đ c xác đ nh b i .
- H s ch t l ệ ố ấ ượ ng gi m m t cách h p lý v i s gia tăng áp su t t ả ộ ợ ớ ự ấ ươ ng ng v i s ứ ớ ự gia tăng c a h s gi m ch n là .
- Chúng ầ ố ộ ệ t ươ ng ng v i các chuy n đ ng h c v i chuy n đ ng u n và xo n theo ph ứ ớ ể ộ ọ ớ ể ộ ố ắ ươ ng vuông góc..
- Gi i thích t ố ả ươ ng t có th s d ng cho xo n ch đ quadrature ự ể ử ụ ắ ở ế ộ 2.
- S đ m ch và ph ơ ồ ạ ươ ng pháp ch t o tiêu b n ế ạ ả.
- Ch ươ ng 4 : K t lu n và h ế ậ ướ ng phát tri n ể

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt