Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Engineer Looks to Dragonflies, Bats for Flight Lessons

17.12.2012
Ever since the Wright brothers, engineers have been working to develop bigger and better flying machines that maximize lift while minimizing drag.

There has always been a need to efficiently carry more people and more cargo. And so the science and engineering of getting large aircraft off the ground is very well understood.

But what about flight at a small scale? Say the scale of a dragonfly, a bird or a bat?

Hui Hu, an Iowa State University associate professor of aerospace engineering, said there hasn’t been a need to understand the airflow, the eddies and the spinning vortices created by flapping wings and so there haven’t been many engineering studies of small-scale flight. But that’s changing.

The U.S. Air Force, for example, is interested in insect-sized nano-air vehicles or bird-sized micro-air vehicles. The vehicles could fly microphones, cameras, sensors, transmitters and even tiny weapons right through a terrorist’s doorway.

So how do you design a little flier that’s fast and agile as a house fly?

Hu says a good place to start is nature itself.

And so for a few years he’s been using wind tunnel tests and imaging technologies to learn why dragonflies and bats are such effective fliers. How, for example, do flapping frequency, flight speed and wing angle affect the lift and thrust of a flapping wing?

Hu’s studies of bio-inspired aerodynamic designs began in 2008 when he spent the summer on a faculty fellowship at the Air Force Research Laboratory at Eglin Air Force Base in Florida. Over the years he’s published papers describing aerodynamic performance of different kinds of flapping wings.

A study based on the dragonfly, for example, found the uneven, sawtooth surface of the insect’s wing performed better than a smooth airfoil in the slow-speed, high-drag conditions of small-scale flight. Using particle image velocimetry – an imaging technique that uses lasers and cameras to measure and record flows – Hu found the corrugated wing created tiny air cushions that kept oncoming airflow attached to the wing’s surface. That stable airflow helped boost performance in the challenging flight conditions. By describing the underlying physics of dragonfly flight, Hu and Jeffery Murphy, a former Iowa State graduate student, won a 2009 Best Paper Award in applied aerodynamics from the American Institute of Aeronautics and Astronautics.

Another study of bat-like wings found the built-in flexibility of membrane-covered wings helped decrease drag and improve flight performance.

And what about building tiny flying machines that use flapping wings? Can engineers come up with a reliable way to make that work?

Hu has been looking into that, too.

He’s using piezoelectrics, materials that bend when subject to an electric current, to create flapping movements. That way flapping depends on feeding current to a material, rather than relying on a motor, gears and other moving parts.

Hu has also used his wind tunnel and imaging tests to study how pairs of flapping wings work together – just like they do on a dragonfly. He learned wings flapping out of sync (one wing up while the second is down) created more thrust. And tandem wings working side by side, rather than top to bottom, maximize thrust and lift.

Hu said these kinds of physics and aerodynamics lessons – and many more – need to be learned before engineers can design effective nano- and micro-scale vehicles.

And so he’s getting students immersed in the studies.

Hu has won a $150,000, three-year National Science Foundation grant that sends up to 12 Iowa State students to China’s Shanghai Jiao Tong University for eight weeks of intensive summer research. The students work at the university’s J.C. Wu Aerodynamics Research Center to study bio-inspired aerodynamics and engineering problems.

“We’re just now learning what makes a dragonfly work,” Hu said. “There was no need to understand flight at these small scales. But now the Defense Advanced Research Projects Agency and the Air Force say there is a need and so there’s an effort to work on it. We’re figuring out many, many interesting things we didn’t know before.”

Hui Hu, Aerospace Engineering, 515-294-0094, huhui@iastate.edu
Mike Krapfl, News Service, 515-294-4917, mkrapfl@iastate.edu

Mike Krapfl | Newswise
Further information:
http://www.iastate.edu

More articles from Machine Engineering:

nachricht Scientists from Hannover develop a novel lightweight production process
27.09.2017 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

nachricht PRESTO – Highly Dynamic Powerhouses
15.05.2017 | JULABO GmbH

All articles from Machine Engineering >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

500 Kommunikatoren zu Gast in Braunschweig

20.11.2017 | Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Künstliche neuronale Netze: 5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

20.11.2017 | Informationstechnologie

Tonmineral bewässert Erdmantel von innen

20.11.2017 | Geowissenschaften

Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen

20.11.2017 | Biowissenschaften Chemie