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Reconfigurable airfoil shape and orientation for improved performance during stroke and flow reversal

English title Reconfigurable airfoil shape and orientation for improved performance during stroke and flow reversal
Applicant Mulleners Karen
Number 175792
Funding scheme Project funding
Research institution Institut de Génie Mécanique (IGM) - Gestion EPFL - STI - IGM-GE
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Fluid Dynamics
Start/End 01.09.2018 - 31.08.2022
Approved amount 520'031.00
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Keywords (4)

genetic optimisation; flow reversal; flapping wing; evolution mimicking

Lay Summary (German)

Lead
Die Agilität und die Flug- oder Schwimmleistung, die von Insekten, Vögeln, Fischen und sogar von einigen wirbellosen Wassertieren gezeigt wird, ist oft erheblich höher als, was derzeitig von Menschen entwickelte Fahrzeuge, die in denselben Bereichen operieren, leisten können. Rezente Entwicklungen im Bereich der Origami- und Soft-Robotik eröffnen vollständig neue Möglichkeiten Flug- und Schwimmantriebe mit Fähigkeiten sich an unterschiedliche Umgebungen automatisch anpassen können zu entwickeln. Das Ziel des Projekts ist ein neuartiges aktiv-umformbares Flügelkonzept zu entwickeln und die Steuerung dieses Flügels für erhöhte Manövrierfähigkeit und Effizienz zu optimieren.
Lay summary
In der ersten Phase des Projekts werden wir uns auf die Hardwareplattform für das Flügelmodell konzentrieren und das Machbarkeits- und aerodynamische Potential eines aktiv-umformbaren Flügelprofils demonstrieren. In der zweiten Phase werden die Bewegungskinematik und die Steuerung der Profilumformung mittels eines genetischen Algorithmus optimiert. Besondere Aufmerksamkeit gilt der evolutionären Entwicklung optimierter Lösungen. Wir werden versuchen, evolutionäre Trends zu identifizieren, die genutzt werden könnten, zukünftige Antriebsmechanismen zu entwickeln die in der Lage sind biomimetischen Lösungen gleichzukommen oder sie sogar zu übertreffen.
Direct link to Lay Summary Last update: 16.05.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
169841 Combined aeroacoustic and flow diagnostic analysis of the motion induced soundgeneration by an oscillating airfoil with active flap 01.12.2017 Project funding
173652 Dynamic stall management for improving aerodynamic robustness of H-type wind turbine 01.01.2018 Assistant Professor (AP) Energy Grants

Abstract

We will design and optimise a unique and versatile test platform to improve the aerodynamic performance in reverse flow conditions and during flapping wing stroke reversal by means of a dynamically reconfigurable airfoil profile. Reverse flow on a the retreating blade side of rotary aircraft and flapping wing stroke reversal are two exemplary situations challenged by a variation in the relative flow direction. The most important adverse aerodynamic consequences of reverse flow include high drag and increased unsteady aerodynamic loads. Flapping wing flyers like insects rotate their wings at the end of a stroke to preserve a positive angle of attack with respect to the relative incoming flow. During this rotation, the wing is completely vertical and acts as a bluff body which is also associated with increased aerodynamic drag and loss of performance. We hypothesise that realigning the airfoil with the mean flow or flight direction by morphing instead of mechanically flipping the airfoil around its span-wise rotational axis will increase the fluid dynamical performance of rotating wings experiencing retreating blade flow reversal and improve the efficiency and manoeuvrability of flapping wing propulsion systems. In the first phase of the project, we will focus on the wing model hardware platform and aim to demonstrate the feasibility and aerodynamic potential of the proposed morphing wing concept for the two selected applications of rotor blade flow reversal and flapping wings stroke reversal. In the second phase, the motion kinematics and actuation schemes will be optimised by means of a genetic algorithm. Special attention will be directed towards studying the evolutionary development of optimised solutions. We will seek to identify evolutionary trends that could be exploited and inspire future evolution mimicking designs that are able to outperform bio-mimicking solutions.
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