Load alleviation of feather-inspired compliant airfoils for instantaneous flow control

翼型 变形 外倾角(空气动力学) 空气动力学 雷诺数 结构工程 航空航天工程 Lift(数据挖掘) 攻角 后缘 机械 工程类 计算机科学 物理 湍流 计算机视觉 数据挖掘
作者
Lawren L. Gamble,Christina Harvey,Daniel J. Inman
出处
期刊:Bioinspiration & Biomimetics [IOP Publishing]
卷期号:15 (5): 056010-056010 被引量:9
标识
DOI:10.1088/1748-3190/ab9b6f
摘要

Birds morph their wing shape to adjust to changing environments through muscle-activated morphing of the skeletal structure and passive morphing of the flexible skin and feathers. The role of feather morphing has not been well studied and its impact on aerodynamics is largely unknown. Here we investigate the aero-structural response of a flexible airfoil, designed with biologically accurate structural and material data from feathers, and compared the results to an equivalent rigid airfoil. Two coupled aero-structural models are developed and validated to simulate the response of a bioinspired flexible airfoil across a range of aerodynamic flight conditions. We found that the bioinspired flexible airfoil maintained lift at Reynolds numbers below 1.5 × 105, within the avian flight regime, performing similarly to its rigid counterpart. At greater Reynolds numbers, the flexible airfoil alleviated the lift force and experienced trailing edge tip displacement. Principal component analysis identified that the Reynolds number dominated this passive shape change which induced a decambering effect, although the angle of attack was found to effect the location of maximum camber. These results imply that birds or aircraft that have tailored chordwise flexible wings will respond like rigid wings while operating at low speeds, but will passively unload large lift forces while operating at high speeds.

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