Study the Effects of Wing Structures in Flapping Wings ...

รายงานโครงงานวศวกรรมการบนและอวกาศ

ภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

เรอง

การศกษาผลของโครงสรางปกในเครองบนปกกระพอ Study the Effects of Wing Structures in Flapping Wings

โดย

ภทรพงศ ผลพฤกษา เลขประจ าตว 5510500034 สรภพ ขตตโยทย เลขประจ าตว 5510501464

พ.ศ. 2558

ii

การศกษาผลของโครงสรางปกในเครองบนปกกระพอ Study theEffects of Wing Structures in Flapping Wings

โดย

นาย ภทรพงศ ผลพฤกษา 5510500034 นาย สรภพ ขตตโยทย 5510501464

โครงงานวศวกรรมการบนและอวกาศ

ภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

ตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมการบนและอวกาศ

ไดรบการพจารณาเหนชอบโดย อาจารยทปรกษาโครงงาน วนท เดอน พ.ศ. (อาจารย ผศ.ดร.ชนภทร ทพโยภาส) อาจารยทปรกษาโครงงาน วนท เดอน พ.ศ. (อาจารย ดร.วศว ศรพวาทกล) กรรมการ วนท เดอน พ.ศ. (อาจารย รศ.ดร.เวชพงษ ชตชเดช) กรรมการ วนท เดอน พ.ศ. (อาจารย ธนพฒน เกดสข)

iii

กตตกรรมประกาศ

โครงงานวศวกรรมการบนและอวกาศฉบบน จะไมสามารถส าเรจลลวงไปได หากไมไดรบการสนบสนนทด

จากบคคลเหลาน ผจดท าขอขอบพระคณคณาจารย ไดแก อาจารย ผศ.ดร.ชนภทร ทพโยภาส ทปรกษาโครงงาน และอาจารย ดร.วศว ศรพวาทกล ทปรกษาโครงงานรวม ผซงใหความร ค าแนะน า และก าลงใจแกผจดท า ทงยงชวยแกไขปญหาและอปสรรคทพบเจอระหวางการท าโครงงานกระทงโครงงานฉบบนส าเรจลลวงไปไดดวยด

ขอขอบพระคณอาจารย รศ.ดร.เวชพงษ ชตชเดช และอาจารยธนพฒน เกดสข ทชวยใหค าปรกษา และ

ชแนะแนวทางแกผจดท า ซงท าใหโครงงานฉบบนมความถกตองและส าเรจลลวงไปได ขอขอบพระคณคณาจารยและเจาหนาทจากโรงเรยนนายเรออากาศนวมนทรกษตรยาธราช น.อ.โอฬาร บว

ทอง, น.ท.โอษศลป นลอบล, น.ท.ช านาญ เพชรโชต, น.ต.กนก ทองสวาง, น.ต.วนชย เจยจนทร, พ.อ.อ.ประยร ไชโย, คณอาจประณต ศภศจ และคณอรญญะ สองศร ทใหความอนเคราะห เออเฟอสถานท เครองมอ ใหค าแนะน า ชวยเหลอและอ านวยความสะดวกขณะท าการทดลอง

ผจดท าขอขอบพระคณ คณอ านาจ ขนตยาภรณ ทท าการแนะน าอปกรณทางการชางอยางถกตอง รวมถง

สรางเครองมอในการจบยดตางๆ ทใชในการทดลองครงน

ขอขอบคณ คณลกษณ สวสดผล, คณอกฤษฎ หวอง, คณณรงคกร กระจางสวสด, คณธนวฒน ค าเปยว, คณพงศกร พฒกนก, คณพรวชญ คณโลก, คณนภสวรรณ เจยรธนะกานนท และคณชยสทธ เผดจภย ทรวมแรงรวมใจสนบสนนการทดลองครงน และใหก าลงใจกระทงโครงงานเสรจสนสมบรณ

และทายทสด ผจดท าขอกราบพระคณคณาจารยภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศทกทานทอบรมสงสอนวชาความวชาความรแกผจดท า

คณะผจดท า ธนวาคม 2558

iv

นายภทรพงศ ผลพฤกษา ปการศกษา 2558 นายสรภพ ขตตโยทย ปการศกษา 2558 ปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต (วศวกรรมการบนและอวกาศ) ภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

บทคดยอ

โครงงานนมงเนนทจะศกษาพฒนาและออกแบบโครงสรางปกของเครองบนปกกระพอ (Flapping Wings, Ornithopter) ทเหมาะสมตอการใชงานจรง ซงเปนการลอกเลยนแบบมาจากธรรมชาตของนกทสามารถบนไดอยางมประสทธภาพในแงของความคลองตว โครงสรางของปกดงกลาวจะถกออกแบบใหมมโครงสรางแกนหลก (มมระหวางกานแนวชายหนาปก (Leading Edge) กบกานโครงสรางปก) แตกตางกนออกไป ซงไดแกมม 0, 25, 35, 45 และ 90 องศา จากนนจงท าการทดลองในอโมงคลมทความเรวทเหมาะสม ซงเปนการศกษาตอยอดจากโครงงานการศกษาผลของการงอปกในเครองบนปกกระพอ (ลกษมณ และ อกฤษฎ, 2557) นอกจากการศกษา พฒนา และออกแบบโครงสรางปกแลว โครงงานชนนยงไดศกษา พฒนาเครองมอวดและซอฟตแวรทเหมาะสมส าหรบการทดลองรวมกบเครองบนปกกระพอ การพฒนาโครงสรางปกดงกลาวโดยการวางกานแนวชายหนาปกใหท ามมกบกานโครงสรางปกแตกตางกนไป เปนการแบงพนทของปกเปนสองสวน คอ สวนโครงสรางทมความไมยดหยน (Rigid) และยดหยน (Flexible)ซงสงผลใหคาแรงยกและแรงตานทไดของแตละปกมคณสมบตแตกตางกนออกไป จากการทดลองภายในและภายนอกอโมงคลมพบวาปกทมมมโครงสรางแหนหลก 90 องศามความไมยดหยนสงทสด และปกทมมมโครงสรางแกนหลก 0 องศามความยดหยนสงทสด โดยรวมแลวสามารถสรปไดวาปกทมมมโครงสรางแกนหลก 35 องศาเหมาะสมกบเครองบนปกกระพอทใชในการทดลองมากทสดเมอพจารณาโดยรวมทงแรงยกและแรงตาน ค าส าคญ เครองบนปกกระพอ, โครงสรางปก, นก, อโมงคลม

เลขทเอกสารอางองภาควชา

v

Ponprueksa, Pattarapong Academic Year 2015 Catteeyothai, Sirapob Academic Year 2015 Bachelor Degree in Aerospace Engineering, Department of Aerospace Engineering Faculty of Engineering, Kasetsart University

ABSTRACT

The objectives of this project were to study, design and develop wing structures of flapping wings suitable for practical use. Which is an imitation of nature, birds can fly efficiently in terms of mobility.The structures of the wing will be designed angle between the leading edge blade and sub-blade including 0, 25, 35, 45 and 90 degree. Then test in a wind tunnel at properly wind velocity. This study isfurther development of The study of the effects of bending in flapping wings (Luck and Ukrit, 2014). This paper not only study the development and design of wing structures but also study and development measurement system and software suitable for flapping wings experiments.

The development of wing structures by placing the leading edge blade and sub-blade in various angles effect to properties of each wing. It is devided wing into two parts: rigid and flexible wing area, which resulted in Lift and Drag force.

From inside and outside wind tunnel experiment showed that the wing which angle between leading edge blade and sub-blade 90 degrees has the highest rigor. And the wing which angle between leading edge blade and sub-blade 0 degrees has the highes t flexibility. Overall, it can be concluded that the wing has 35 degrees between leading edge blade and sub-blade is the most suitable wing structure for flapping wing in case of both Lift and Drag force.

Keywords : Flapping Wings, Ornithoper, Wing Structures, Wind Tunnel

Department Reference No.

vi

สารบญ

กตตกรรมประกาศ ............................................................................................................................................. III บทคดยอ ........................................................................................................................................................... IV

ABSTRACT ....................................................................................................................................................... V

สารบญ ............................................................................................................................................................. VI สารบญภาพ .................................................................................................................................................... VIII สารบญตาราง ................................................................................................................................................... XII ค าอธบายสญลกษณและค ายอ ......................................................................................................................... XIV

1 บทน า ........................................................................................................................................................... 15

1.1. วตถประสงคของโครงงาน ............................................................................................................... 15

1.2. ขอบเขตของโครงงาน ...................................................................................................................... 15

2 ทฤษฎทเกยวของ ............................................................................................................................................ 2

2.1. ฟสกสของการบนปกกระพอ .............................................................................................................. 2

2.1.1. การบนไรแรงผลก (การรอน) ................................................................................................... 2

2.1.2. การบนมแรงผลก (กระพอปก) ................................................................................................ 3

2.2. การค านวณหาคณสมบตเกยวกบปกกระพอเบองตน .......................................................................... 6

2.2.1. ขนาด .................................................................................................................................... 6

2.2.2. ความถ .................................................................................................................................. 8

2.3. การศกษากลไกการกระพอปกทางชววทยาของนก .............................................................................. 9

2.4. ชนดของปกของเครองบนปกกระพอ ................................................................................................ 10

3 เครองมอทใชในการท าโครงงาน ..................................................................................................................... 14

4 วธการด าเนนโครงงาน ................................................................................................................................... 15

4.1. ขนตอนการด าเนนงาน .................................................................................................................... 15

4.2. แผนการด าเนนงาน ........................................................................................................................ 17

3.4. รายละเอยดการด าเนนงาน ............................................................................................................. 17

4.3.1. ก าหนดลกษณะ ขนาดของปกทใชในการทดลอง และรปแบบของการทดลอง .......................... 17

4.3.2. รายละเอยดของออรนทอปเตอรตนแบบ ................................................................................ 22

4.3.3. อโมงคลมทใชในการทดลอง ................................................................................................. 23

vii

4.3.4. ออกแบบและจดท าอปกรณการทดลอง ................................................................................. 26

4.3.5. พฒนาเครองมอวด และโปรแกรมประมวลผล ........................................................................ 31

4.3.6. การตรวจสอบความถกตองของอปกรณการวด ...................................................................... 46

4.3.7. การจ าลองการทดสอบภายในอโมงคลม (Static Testing) ...................................................... 52

4.3.8. การทดลองในอโมงคลม ....................................................................................................... 53

4.3.9. วธการวเคราะหผลการทดลอง .............................................................................................. 58

5 ผลการด าเนนงานและวจารณผล .................................................................................................................... 60

5.1. คาตวแปรไรหนวยของการทดลอง .................................................................................................... 61

5.1.1. Reduced Frequency(k) ..................................................................................................... 61

5.1.2. Strouhal Number(St) ......................................................................................................... 61

5.2. การเปรยบเทยบผลของมมปะทะทมตอแรงอากาศพลศาสตรของแตละรปแบบปก .............................. 62

5.3. การเปรยบเทยบผลของรปแบบปกทมตอแรงทางอากาศพลศาสตรทแตละมมปะทะ ........................... 65

5.4. การเปรยบเทยบผลของความถมตอแรงทางอากาศพลศาสตร จากการทดลองในอโมงคลม ................. 68

5.5. การเปรยบเทยบผลของรปแบบปกทมตอแรงทางอากาศพลศาสตรทแตละความถ ความเรวลม 0 เมตรตอวนาท ............................................................................................................................................. 71

6 สรปผลการด าเนนงานและขอเสนอแนะ .......................................................................................................... 78

6.1. สรปผลการด าเนนงาน .................................................................................................................... 78

6.2. ป ญหาและอปสรรค ........................................................................................................................ 81

6.3. ขอเสนอแนะ .................................................................................................................................. 82

7 บรรณานกรม ................................................................................................................................................ 83

8 ภาคผนวก .................................................................................................................................................... 84

ภาคผนวก ก............................................................................................................................................... 85

ภาคผนวก ข ............................................................................................................................................... 95

ภาคผนวก ค ............................................................................................................................................ 105

ภาคผนวก ง ............................................................................................................................................. 110

ภาคผนวก จ ............................................................................................................................................. 112

ภาคผนวก ฉ ............................................................................................................................................ 114

ประวตนสต ..................................................................................................................................................... 117

viii

สารบญภาพ

รปท 1 การรอนในรปแบบตางๆของนก ................................................................................................................ 3

รปท 2 แรงทเกดขนในสวนตางๆของปกนกและมมปะทะทปกแตละสวนเหนอากาศทงจงหวะกระพอลง(ซาย) .......... 4

และจงหวะกระพอขน(ขวา) .................................................................................................................................. 4

รปท 3 คาท านายของSTROUHAL NUMBER (ST) และแอมพลจดของการกระพอเชงมม (∅) ในนกประเภทตางๆ .......... 6

รปท 4 “THE GREAT FLIGHT DIAGRAM” ความสมพนธของน าหนก, ภาระกรรมบนปกและความเรว........................... 7

รปท 5 ภาพมมตางๆทเกดขนขณะนกกระพอปก ................................................................................................ 10

รปท 6 กราฟระหวางของอปกในและปกนอกของนกในหนงรอบจงหวะการกระพอ ............................................... 10

รปท 7 กราฟคาเฉลยของแรงยกและแรงผลกตอรอบของการกระพอปกของปกชนดยดหยนและปกชนดแขง .......... 11

รปท 8 กราฟของแรงยกและแรงผลกของปกชนดยดหยนและปกชนดแขงตอความเรว........................................... 12

รปท 9 กราฟก าลงเชงกลของปกชนดยดหยนและปกชนดแขงตอความเรว ........................................................... 12

รปท 10 แผนภาพแสดงการด าเนนงาน ................................................................................................................ 16

รปท 11 กราฟความสมพนธระหวางนาหนกและความเรวในการบน ...................................................................... 19

รปท 12 โครงสรางของปกทสนใจศกษา ............................................................................................................... 21

รปท 13 กลไกของออรนทอปเตอร PARK HAWK (ซาย) ........................................................................................... 22

รปท 14 ออรนทอปเตอร PARK HAWK (ขวา) ......................................................................................................... 22

รปท 15 อโมงคลมยานความเรวต า โรงเรยนนายเรออากาศฯ ................................................................................ 23

รปท 16 ขณะหารอกบคณาจารยโรงเรยนนายเรออากาศนวมนทกษตรยาธราช (ซาย) ............................................ 24

รปท 17 ท าการวดขนาดแทนปรบมมปะทะภายในอโมงคลม (ขวา) ....................................................................... 24

รปท 18 ทดลองตดตงภายในอโมงคลมเพอตรวจสอบความเขากนได .................................................................... 25

รปท 19 แผนจบยดทออกแบบดวยโปรแกรม SOLIDWORKS ................................................................................... 26

รปท 20 สวนประกอบชดเครองมอวด .................................................................................................................. 27

รปท 21 สวนประกอบชดเครองมอวด .................................................................................................................. 27

รปท 22 ชดเครองมอวด (SIDE VIEW) ................................................................................................................... 28

รปท 23 ปกรปแบบมมแกนโครงสรางหลก 25 องศา ............................................................................................. 29



ix

รปท 26 ปกรปแบบมมแกนโครงสรางหลก 0องศา ................................................................................................ 29

รปท 27 ปกรปแบบมมแกนโครงสรางหลก 90องศา .............................................................................................. 29

รปท 28 ปกทง 5 รปแบบ .................................................................................................................................... 30

รปท 29 ภาพจ าลองการทดสอบความแมนย าของอปกรณวดคา ........................................................................... 31

รปท 30 NI CDAQ-9174 .................................................................................................................................... 32

รปท 31 NI9215 ................................................................................................................................................ 32

รปท 32 NI9237 ................................................................................................................................................ 33

รปท 33 NI9949 ................................................................................................................................................ 33

รปท 34 ผงการตอสายไฟของโหลดเซลล โมเดล1002 ซงประกอบไปดวยสายไฟทงหมด 4 เสน ................................ 34

รปท 35 ผงสญญาณของสายไฟเสนตางๆในสาย RJ-50 ทน าไปเชอมกบ NI9237 .................................................. 34

รปท 36 การเชอมตอสายไฟจากโหลดเซลลเขากบ NI9949 ................................................................................... 35

รปท 37 สาย RJ-50 ........................................................................................................................................... 35

รปท 38 AUTONICSFD-620-10 ........................................................................................................................... 36

รปท 39 AUTONICS BF5R-D1-N ......................................................................................................................... 36

รปท 40 AUTONICS MP-5W PULSE METER ........................................................................................................... 37

รปท 41 LOAD CELL TEDEA-HUNTLEIGH MODEL 1002 ......................................................................................... 37

รปท 42 ตวอยางหนาตางโปรแกรม LABVIEW ....................................................................................................... 39

รปท 43 หนาตาง DAQ ASSISTANT ในโปรแกรม LABVIEW .................................................................................... 40

รปท 44 BLOCK DIAGRAM สวนรบคาขอมล .......................................................................................................... 41

รปท 45 สวนรบคาขอมลจากผใชท FRONT PANEL ของโปรแกรม ........................................................................... 41

รปท 46 BLOCK DIAGRAM สวนประมวลผลขอมล ................................................................................................. 42

รปท 47 BLOCK DIAGRAM สวนประมวลผลขอมล ................................................................................................. 42

รปท 48 รปแสดงแรงทางอากาศพลศาสตรทกระท า.............................................................................................. 43

รปท 49 BLOCK DIAGRAM สวนการสงออกและบนทกคา ....................................................................................... 44

รปท 50 BLOCK DIAGRAM ของโปรแกรมเกบคาการทดลองทพฒนาขน .................................................................. 45

รปท 51 การทดสอบความถกตองของโหลดเซลลทางสแตตก ................................................................................ 47

รปท 52 ภาพแสดงการยดมวลมาตรฐานเพอใชทดสอบความถกตองของระบบเครองมอวด .................................... 47

รปท 53 การทดสอบความถกตองของโหลดเซลลทางไดนามกส ............................................................................ 48

x

รปท 54 การตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลทางไดนามกส ......................................................................... 48

รปท 55 ภาพแสดงต าแหนงจดทมวลแขวนอยในระบบเครองมอวดส าหรบการวดในแนว NORMAL .......................... 49

รปท 56 ภาพแสดงต าแหนงจดทมวลแขวนอยในระบบเครองมอวดส าหรบการวดในแนว AXIAL ............................... 50

รปท 57 การตรวจสอบความถกตองของเครองมอวดทางสแตตก ........................................................................... 50

รปท 58 การทดลองตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวดทางไดนามกส .................................................... 52

รปท 59 การจ าลองการทดลองในอโมงคลม ......................................................................................................... 53

รปท 60 ขณะท าการตดตงตาขายทสวนทายของ TEST SECTION อโมงคลม ............................................................ 54

รปท 61 ภาพแสดงต าแหนงการวดความเรวลมต าแหนงตางๆ มองจากดานหลงออรนทอปเตอร .............................. 54

รปท 62 ภาพแสดงต าแหนงตดตงกลองบนทกภาพเคลอนไหว .............................................................................. 55

รปท 63 กลอง GOPRO HERO4+ SILVER บนทกภาพดานหลงของออรนทอปเตอร ................................................... 56

รปท 64 ขณะตดตงและตรวจสอบชดเครองมอวด ................................................................................................ 57

รปท 65 ภาพแสดงแกนอางองของแรง ................................................................................................................. 60

รปท 66 เปรยบเทยบผลของแรงยกทแตละมมปะทะของปก 0 องศา ความถ 4 HZ .................................................. 62

รปท 67 เปรยบเทยบผลของแรงตานทแตละมมปะทะของปก 0 องศา ความถ 4 HZ ................................................ 63

รปท 76 แสดงมมยกของปกขณะทปกอยต าแหนงบนสดและลางสด ...................................................................... 77

รปท 77 กราฟเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมทะตางๆ ..................................................................... 78

รปท 78 กราฟเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมทะตางๆ ....................................... 79

รปท 79 กราฟเปรยบเทยบสมประสทธแรงยกของแตละรปแบบปกทมมทะตางๆ .................................................... 80

รปท 82 กราฟแรงยกของปกมม 25 องศาทแตละมมปะทะ ความถ 4HZ ความเรวลม 7 เมตรตอวนาท ...................... 85

รปท 83 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 25 องศาทแตละมมปะทะ ความถ 4HZ ................................. 86









xi

รปท 92 กราฟแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ -3 องศา จากการทดลองทความถ 4HZ .................................. 95

รปท 93 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ -3 องศา ................................................ 96

รปท 94 กราฟแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0 องศา จากการทดลองทความถ 4HZ ................................... 97

รปท 95 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา .................................................. 98

รปท 96 กราฟแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 3 องศา จากการทดลองทความถ 4HZ ................................... 99

รปท 97 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 3องศา ................................................ 100

รปท 98 กราฟแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 6 องศา จากการทดลองทความถ 4HZ ................................. 101

รปท 99 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 6องศา ................................................ 102

รปท 100 กราฟแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 9 องศา ความถ 4HZ ความเรวลม 7 เมตรตอวนาท ........ 103

รปท 101 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 9องศา ......................................... 104

รปท 102 กราฟทปรากฎขณะคอมพวเตอรมอาการกระตก ............................................................................. 112

รปท 103 การแจงเตอนขณะโปรแกรมรบคาหยดการท างาน ........................................................................... 113

รปท 104 ชดจบยดและเครองมอวดแบบท 1 ................................................................................................. 114




xii

สารบญตาราง

ตารางท 1 ตารางความสมพนธของมวลกบตวแปรตางๆ ............................................................................ 8

ตารางท 2 ตารางเวลาการด าเนนงานโครงงาน ....................................................................................... 17

ตารางท 3 ตารางบนทกคาแรงยก แรงขบ น าหนก ทไดจากการทดลอง ..................................................... 20

ตารางท 4 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงยกทแตละมมปะทะของปก 0 องศา ความถ 4 HZ ....................... 62

ตารางท 5 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงตานทแตละมมปะทะของปก 0 องศา ความถ 4 HZ ..................... 64

ตารางท 6 เปรยบเทยบผลของแรงยกและแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกแตละรปแบบ ท -3 องศา ....... 65

ตารางท 7 เปรยบเทยบผลของแรงยกและแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกแตละรปแบบ ท 0 องศา ........ 65




ตารางท 11 เปรยบเทยบแรงยกของปกแบบ 35 องศา ทความถ 4 HZ และ 6 HZ แตละมมปะทะ ................. 68

ตารางท 12 เปรยบเทยบแรงขบของปกแบบ 35 องศา ทความถ 4 HZ และ 6 HZ แตละมมปะทะ ................. 69

ตารางท 13 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา ................................ 71

ตารางท 14 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา ............. 72


ตารางท 16 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา ... 74


ตารางท 18 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา ... 76

ตารางท 19 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของปกมม 25 องศาทแตละมมปะทะ............................................... 85

ตารางท 20 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 25 องศาทแตละมมปะทะ ................. 86

ตารางท 21 ตารางเปรยบเทยบแรงขบยกของปกมม 35 องศาทแตละมมปะทะ .......................................... 87

ตารางท 22 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 35 องศาทแตละมมปะทะ ................. 88

ตารางท 23 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของปกมม 35 องศา ความถ 6 HZ ทแตละมมปะทะ .......................... 89

ตารางท 24 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 35 องศา ความถ 6 HZ ...................... 90


xiii

ตารางท 26 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 45 องศา ทแตละมมปะทะ ................ 92


ตารางท 28 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 45 องศา ทแตละมมปะทะ ................ 94

ตารางท 29 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ -3 องศา ความถ 4HZ ...................... 95

ตารางท 30 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ -3 องศา ........... 96

ตารางท 31 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา ความถ 4HZ ........................ 97

ตารางท 32 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา ............. 98

ตารางท 33 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 3องศา ความถ 4HZ ........................ 99

ตารางท 34 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 3องศา ........... 100

ตารางท 35 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 6องศา ความถ 4HZ ...................... 101


ตารางท 37 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 9องศา ความถ 4HZ ...................... 103


ตารางท 39 เปรยบเทยบการเปลยนรปของปก ....................................................................................... 111

ตารางท 40 ตารางเปรยบเทยบแรงทเกดจากความผดพลาดของการเกบขอมล ........................................ 113

xiv

ค าอธบายสญลกษณและค ายอ

𝐴𝑜𝐴(𝛼) ยอมาจาก Angle of Attack

𝐴𝑅 แสดงถง อตราสวนระหวางความยาวปกตอระยะคอรดเฉลย

𝑏 แสดงถง ความยาวปก

𝐶𝐿 แสดงถง สมประสทธแรงยกของปก

𝑐 แสดงถง ระยะคอรดเฉลย

ℎ𝑎 แสดงถง แอมพลจดของการกระพอ

𝑘𝐿 แสดงถง สมประสทธแรงยกของปกทขนกบมมปะทะ

𝐿 แสดงถง แรงยก 𝐿

𝐷 แสดงถง อตราสวนของการรอน

𝑚 แสดงถง มวล

𝑆 แสดงถง พนทฉายของปก

𝑆𝑡 แสดงถง Strouhal Number

𝑇 แสดงถง แรงผลก

𝑈 แสดงถง ความเรวในการเคลอนทของเครองบนปกกระพอ

𝑊 แสดงถง น าหนก

𝛽 แสดงถง มมปะทะของทงปกเทยบความเรวของอากาศทเขาปะทะ

𝑓 แสดงถง ความถของการกระพอปก 𝑙 แสดงถง ความยาวเฉพาะตว

𝜌 แสดงถง ความหนาแนนของอากาศ

∅ แสดงถง แอมพลจดของการกระพอเชงมม

xv

1 บทน า

เครองบนเปนสงประดษฐทมนษยพฒนาไดอยางรวดเรวภายในระยะเวลาไมถงศตวรรษ จากความทะเยอทะยานของมนษยทตองการบนไดเชนเดยวกบนก จากอดตจนถงปจจบนเครองบนทไดรบการพฒนาสวนใหญมกเปนเครองบนแบบปกตรง (Fixed-Wing Aircraft) แตกลบมเครองบนทมแนวคดทนาสนใจอกแบบคอเครองบนปกกระพอ (Flapping-Wing Aircraft) ซงเลยนแบบการท างานมาจากธรรมชาตทสามารถท าการบนไดอยางมประสทธภาพ เคลอนทไดอยางคลองแคลว รวดเรวอยางนกโดยทวไป ดวยกลไกการเคลอนไหวทซบซอนของปกนกและขอจ ากดหลายอยางสงผลใหเครองบนปกกระพอไมไดรบความนยมในปจจบน

คณะผจดท าจงสนใจทจะศกษาและพฒนาโครงสรางของเครองบนปกกระพอใหมประสทธภาพสง มคณสมบตและพฤตกรรมการบนใหใกลเคยงกบธรรมชาตมากทสด โดยการออกแบบโครงสรางปกทสามารถปรบเปลยนมมปะทะจากสวนโคนปก (Wing Root) ถงปลายปก (Wing Tip) ในหลายรปแบบและท าการทดลองเพอเปรยบเทยบโครงสรางทใหผลดทสด โดยเปนการศกษาตอจากโครงงานวศวกรรมการบนและอวกาศ เรองการศกษาผลของการงอปกในเครองบนปกกระพอ (Study the Effects of Bending in Flapping Wings)(ลกษณ และ อกฤษฏ, 2557)

1.1. วตถประสงคของโครงงาน 1. เพอศกษา วเคราะหเครองบนปกกระพอทสนใจศกษา[1][2] เพอการออกแบบและพฒนาใหดยงขน 2. เพอศกษา ออกแบบ และพฒนาโครงสรางทเหมาะสมทสดส าหรบเครองบนปกกระพอ

1.2. ขอบเขตของโครงงาน โครงงานนศกษาเฉพาะปกกระพอทมกางปก (Wing Span) 60 เซนตเมตร และผลของแรงยกทมตอโครงสราง

ปกแตละแบบตามทก าหนดไว ภายใตสภาพแวดลอมทมปจจยตอกางปก

[1] An ornithopter, SmartBird , designed by Festo [2] A hobbyist with his ornithopter, SK Lazy Hawk

2

2 ทฤษฎทเกยวของ

ในการศกษาการบนของนกเพอน ามาพฒนาการบนของเครองบนปกกระพอใหมประสทธยงขนพบวาในขณะทนกท าการบนนนทงปกขนนกและลกษณะการกระพอลวนมสวนชวยในการเพมประสทธภาพของการบนซงหนงในนนคอการงอปกในจงหวะทปกกระพอขนของนกเพอลดพน ทปกในจงหวะกระพอขนจะชวยท าใหแรงตานลดลงดงนนโครงงานนจงจะศกษาผลของการงอปกในเครองบนปกกระพอ

2.1. ฟสกสของการบนปกกระพอ ในเครองบนทวไปจะมปกสรางแรงยกและมเครองยนตในการสรางแรงผลกไปขางหนาแตในเครองบนปก

กระพอหรอในนกนนปกจะตองสรางทงแรงยกและแรงผลกแมวธการจะตางกนแตหลกพนฐานในการบนนนเหมอนกนนนคอเมออากาศไหลผานปกของนกจะถกเบนลงเลกนอยท าใหเกดความแตกตางของความดนขางบนปกและความดนขางลางปกเปนผลท าใหเกดแรงยกขนทปกเชนเดยวกบเครองบนทวไปสวนเครองยนตของเครองบนสามารถเปลยนความเรวของอากาศทไหลผานเครองยนตเปนผลใหโมเมนตมเปลยนไปและเกดเปนแรงผลกขนซงปกของนกหรอเครองบนปกกระพอกสามารถผลกอากาศไปขางหลงท าใหโมเมนตมเปลยนและสรางแรงผลกไดเชนกน

2.1.1. การบนไรแรงผลก (การรอน) การบนของนกจะใชการกระพอในการสรางทงแรงยกและแรงผลกแตเมอไมกระพอปกนกจะกางปกออกเพอทจะ

ยงคงแรงยกไวในขณะทใชแรงโนมถวงหรอพลงงานศกยเปนแรงผลกเอาชนะแรงตานจากอากาศโดยจะท าใหระดบความสงในการบนนนลดลงเรอยๆเพอคงความเรวไวเชนเดยวกบในอากาศยานหรอเครองรอน ทมนษยสรางการทจะรอนไดดหรอรอนไดไกลกวาบนความสงเทากนตองมอตราสวนระหวางแรงยกตอแรงตานมากซงปกทมขนาดใหญจะไดเปรยบดงนนนกทมขนาดใหญจะท าการรอนมากกวาการกระพอปกบนเมอเทยบกบนกขนาดเลกกวาหรอจะท าการรอนแบบ soaring ซงนกจะหากระแสลมลอยขนเพอรกษาระดบการบนเนองจากการรอนของนกหรอเครองบนปกกระพอไมมการเคลอนทของปกจงใชหลกการบน(รอน)เหมอนกบเครองบนทวไปจงสามารถใชสมการการค านวณไดเหมอนเครองบนทวไป

3

รปท 1 การรอนในรปแบบตางๆของนก

2.1.2. การบนมแรงผลก (กระพอปก) จากการศกษาการบนของเครองบนปกกระพอหรอนกนนท าไดยากกวาเครองบนทวไปเนองจากการเคลอนท

ของโครงสรางหรอปกนนท าใหเกดผลของอากาศพลศาสตรทไมคงทและความสามารถในการขยบปกหรอเปลยนแปลงปกในรปแบบตางๆเชนการกระพอการบดปกการงอปกการพบปกท าใหการค านวณและการศกษายากยงขนการกระพอปกของนกนนประกอบดวยสองจงหวะคอการกระพอลง(Downstroke) และการกระพอขน(Upstroke) ในการบนแบบกระพอปกนนใชหลกการในการสรางแรงยกเหมอนกบการบนแบบรอนนนกคอใชผลของความแตกตางของความดนขางบนปกและความดนขางลางปกของอากาศทไหลผานปกเพอทจะตานน าหนกซงเปนผลจากแรงโนมถวงและคงตวในอากาศแตในขณะเดยวกนกสรางแรงผลกไปขางหนาดวยเพอจะตานแรงตานทเกดจากอากาศซงแรงตานนจะประกอบจากสองสวนหลกๆคอแรงตานทเกดจากรปรางและพนทผวทใหเกดแรงเสยดทานสวนแรงตานอกประเภทเกดจากผลของแรงยกทท าใหเกดลมหมนทปลายปกและการไหลลลงการกระพอปกของเครองบนปกกระพอหรอนกนนท าใหแตละสวนของปกมองเหนความเรวของอากาศทเขามาปะทะตางกนสวนในของปกมการเคลอนททงขนและลงนอยกวาเมอเทยบกบสวนปลายปกความเรวและทศทางของอากาศทเขามาปะทะจงคลายกบตอนทไมไดกระพอปกดงนนสวนในของปกสวนใหญจะเปนสวนทสรางแรงยกและความสามารถในการบดปกตามทตองการไดของนกทาใหแตละสวนของปกสามารถปรบมมปะทะใหเหมาะสมกบอากาศทเขามาปะทะในแตละสวนของปกได การกระพอลงของปกนกไมเพยงแตจะเบนกระแสอากาศลงเพอสรางแรงยกแตเบนไปขางหลงดวยเพอสรางแรงผลกเหมอนกบหลกการของใบพดซงจะเกดขนกบสวนปลายของปกทมการเคลอนทลงมากเมอเทยบกบสวนในของ

4

ปกท าใหสวนปลายของปกเหนอากาศทเขามาปะทะมาจากทางหนาเฉยงขน(เพราะเทยบกบปกทเคลอนทลง) ดงนนเมอปรบมมปะทะใหเหมาะสมกบอากาศทเขามาปะทะจะท าใหเกดแรงยกขนซงแรงยกทปลายปกกจะชขนและชไปขางหนาท าใหเกดเปนแรงผลกแตจงหวะกระพอขนของปกนนเปนจงหวะทจะเกดแรงตานขนกบปกซงนกจะสามารถปรบมมปะทะในแตละสวนของปกทท าใหเกดแรงตานนอยทสดและยงคงแรงยกไวนอกจากนยงมเทคนคอนๆทจะยงเพมความสามารถในการลดแรงตานเชนการกางขนนกออกเพอใหอากาศทะลผานในจงหวะกระพอขนการงอปกเพอลดพนทปกฯลฯซงในบางกรณยงสามารถชวยเพมแรงยกไดดวย

รปท 2 แรงทเกดขนในสวนตางๆของปกนกและมมปะทะทปกแตละสวนเหนอากาศทงจงหวะกระพอลง(ซาย) และจงหวะกระพอขน(ขวา)

การค านวณคาตางๆทางการบนจะใชคาทไมมมต (Dimensionless Factor) เพอทจะใหสามารถใชไดกบ

เครองบนหรอนกทขนาดแตกตางกนเชนเลขเรโนส(Reynolds number) คามค(Mach number) สมประสทธของแรงตางๆ(eg. Lift coefficient) ฯลฯในการศกษาเครองบนปกกระพอจะมคาทไมมมตทส าคญๆดวยกนสองคากคอ Strouhal Number (St) ซงถกตงตามนกฟสกสชาวเชกVincencStrouhal (1850–1922) และ Reduced Frequency (k)

𝑆𝑡 =2𝑓ℎ𝑎

𝑈

เมอ f คอความถในการกระพอของปกในระหวางท าการบน, ha คอแอมพลจดของการกระพอและ U คอ

ความเรวในการเคลอนทของเครองบนปกกระพอหรอความเรวของอากาศทเขาปะทะ (Free Steam) ความสมพนธน อธบายอตราสวนระหวางความเรวในการกระพอตอความเรวของเครองบนปกกระพอหรอนกซงสามารถทจะใชวด

_______(1)

_______(2)

5

ประสทธภาพของแรงผลกเคลอนไดในการศกษาหนงพบวาคานจะพบในชวงแคบๆ 0.2 < St <0.4 (Taylor et al., 2003; Triantafyllou et al., 2000)

𝑘 = 𝜋𝑓𝐶𝑚

𝑈

หรอ

𝑘 = 𝜋

∅𝐴𝑅

เมอ cmคอระยะคอรดเฉลย (Mean Chord), ∅คอแอมพลจดของการกระพอเชงมม (หนวย radian), และ𝐴𝑅คออตราสวนระหวางความยาวปกตอระยะคอรดเฉลย (wing span/chord) ซงจะเหนไดจากสมการ (2) วาคา Reduced Frequency จะขนอยกบความเรวในการเคลอนทของเครองบนปกกระพอหรอความเรวของอากาศทเขาปะทะ (Free Steam) แตในบางกรณทมการทาการบนอยกบท(Hovering Flight) จะสามารถใชสมการท (3) แทนโดยจะแทน U เปนความเรวเฉลยของปลายปกแทน

จากการศกษาหลกการกระพอของเครองบนปกกระพอและนก J Oliver Linton (The physics of flight: II. Flapping wings, 2006) ไดทาการตงสมมตฐานตางๆและประมาณคาแรงยกและแรงผลกเปน

𝐿𝑚 = 𝑘𝐿𝛽𝑆𝑤𝜌𝑈2

4

และ

𝑇𝑚 = 𝑘𝐿𝑆𝑤𝑆𝑡2𝑈2

6

เมอ Lm คอ แรงยกเฉลย(Mean Lift), Tm คอแรงผลกเฉลย(Mean Thrust), Sw คอพนทฉายของปก, kL คอคา

สมประสทธแรงยกของปกทขนกบมมปะทะทปกเหนอากาศในแตละสวน(α) (ขนอยกบความเรวของการกระพอและ

ระยะจากลาตวของปก) ซงไดนยามวา CL≈kLα(CLเปนสมประสทธแรงยกของปกทเปนคาคงท), 𝜌คอความ

หนาแนนของอากาศ, 𝛽คอมมปะทะของทงปกเทยบความเรวของอากาศทเขาปะทะ(Free Steam) เพอทจะใหเกดแรงยกลพธในทศขนคานจะเปนบวก

_______(3)

_______(4)

_______(5)

6

รปท 3 คาท านายของStrouhal Number (St) และแอมพลจดของการกระพอเชงมม (∅) ในนกประเภทตางๆ

2.2. การค านวณหาคณสมบตเกยวกบปกกระพอเบองตน

2.2.1. ขนาด การศกษาการบนในธรรมชาตคอการศกษาการเปลยนแปลงไปของปรากฏการณตางๆในตวแปลทแตกตางกน

Tennekes (1996) ไดน าเสนอความสมพนธทนาสนใจเพอทจะสรปความแตกตางของขนาดในนกแมลงและเครองบนโดยTennekesไดพจารณาความสมพนธของความเรวในการบนน าหนกและภาระกรรมบนปกกลายเปน The Great Flight Diagram แผนภาพจะแสดงอยในรปท 4

7

รปท 4 “The Great Flight Diagram” ความสมพนธของน าหนก, ภาระกรรมบนปกและความเรว

8

อกทงยงมการแสดงความสมพนธของมวลกบตวแปรตางๆทไดจากการสงเกตและศกษาโดยGreenewalt (1975),Norberg,(1990) และ Rayner(1988) โดยความสมพนธเหลานจะแสดงอยในตารางท 1

ตารางท 1 ความสมพนธของมวลกบตวแปรตางๆโดย GREENEWALT (1975),NORBERG,(1990) และ RAYNER(1988)

2.2.2. ความถ หนงในการคนควาทศกษาหาขอสรปวาท าไมสตวทมขนาดใหญกวาจงกระพอปกในความถทต ากวาสตวทม

ขนาดเลกกวาในชนดเดยวกนเปนการคนควาของHill (1950) Hillไดสรปวาพลงงานทางกลทผลตไดจากกลามเนอทใชบนแปรผนโดยตรงกบความถของการหดตวของกลามเนอท าใหความถของการกระพอปกกลายเปนปจจยส าคญเมอตองการทจะอธบายทฤษฎเกยวกบการกระพอปก Pennycuick (1990) ไดน าเสนอหนงในการศกษาทละเอยดทสดเกยวกบความถของการกระพอปก Pennycuick สนนษฐานวาจะมความถธรรมชาตทถกก าหนดไวโดยลกษณะทางกายภาพของปกและก าลงทสรางออกมาไดเพอประสทธภาพทดการเคลอนไหวจะตองสอดคลองไปกบความถของการกระพอสาหรบสตวเดนเทา Alexander (1976) แสดงใหเหนวาความถธรรมชาตเปนสดสวนกบ

𝑓 ~ √𝑔

𝑥𝑙

เมอ g คอความเรงเนองจากแรงโนมถวงและ𝑥𝑙ความยาวของขา

_______(6)

9

Pennycuick (1990) ไดระบตวแปลทางกายภาพหลายตวแปลทมผลกระทบตอความถของการกระพอปก:

𝑏 ความยาวของปก (m)

𝑆 พนทปก (m2)

𝐼 โมเมนตความเฉอยของปก (kg m2) ~ mb2

p ความหนาแนนของอากาศ (kg/m3) ซงชวยใหเกดตวแปรทแตกตางกนอยางอสระและสนนษฐานวาโมเมนตความเฉอยของปกเปนสดสวนกบ

mb2 Pennycuick จงสรปความสมพนธของตวแปรเหลานส าหรบความถของการกระพอปกโดยพจารณาจากสาย

พนธทแตกตางกน32สายพนธ

𝑓 = 1.08(𝑚1

3𝑔1

2𝑏−1𝑆−1

4 𝜌1

3)

ในการศกษาเพมเตม Pennycuick(1996) ไดศกษาเพมเตมอก15สายพนธและท าการวเคราะหรายละเอยดมากขนซงน าไปสสมการใหมดงตอไปน

𝑓 = 𝑚3

8𝑔1

2𝑏−23

24 𝑆−1

3 𝜌3

8)

2.3. การศกษากลไกการกระพอปกทางชววทยาของนก(Bingbing Liang; Jiankun Cui; Liyang Zhang,2011) (Research on Birds Flapping-Wing Bionic Mechanism)

ในป 2011 ไดมการศกษากลไกการกระพอของนกเพอทจะออกแบบกลไกทจะสามารถลอกเลยนรปแบบการกระพอปกของนกขนซงในงานศกษานไดท าการศกษาโครงสรางทางกระดกและกลามเนอของปกนกเพอจะหารปแบบของกลไกทเหมาะสมทสดมาออกแบบซงในงานของBingbing Liangไดท าการส ารวจมมทเกดขนระหวางของอปกในและปกนอกของนกในหนงจงหวะการกระพอทเกดขนพบวาในหนงจงหวะการกระพอมมทเกดขนระหวางของอปกในและปกนอกของนกนนมคานอยสดประมาณ -2 องศาและมากสดประมาณ 35 องศาซงมมทเกดขนมากสดนนจะอยในชวงจงหวะการกระพอขน(Upstroke) เพอลดแรงตานทเกดขน

_______(7)

_______(8)

10

รปท 5 ภาพมมตางๆทเกดขนขณะนกกระพอปก

รปท 6 กราฟระหวางของอปกในและปกนอกของนกในหนงรอบจงหวะการกระพอ

2.4. ชนดของปกของเครองบนปกกระพอ จากการศกษาโดย Gur Game พบวาปกชนดยดหยนมความเหมาะสมกบเครองบนปกกระพอมากกวาปก

ชนดแขงโดยจากการทดลองของปกทงสองเพอสรางกราฟคาเฉลยของแรงยกและแรงผลกไดดงรปท7

11

รปท 7 กราฟคาเฉลยของแรงยกและแรงผลกตอรอบของการกระพอปกของปกชนดยดหยนและปกชนดแขง

จากรปท 7มเงอนไขการทดลองคอทมมปะทะเทากบ30° สงเกตในชวงการกระพอปกลง(ระหวางชวงเวลา0ถง

0.5ของคาบการกระพอ) จะเหนไดวาแรงยกทเกดขนมคาคลายคลงกนในปกทงสองชนดแตแรงผลกกลบแตกตางกนโดยปกชนดยดหยนจะมการสรางแรงผลกตานนอยกวาปกชนดแขงและปกชนดยดหยนจะมแรงตานนอยกวาปกชนดแขงในระหวางทกระพอปกขนปกชนดยดหยนจะสรางแรงยกทมทศตานนอยกวาปกชนดแขงฉะนนปกชนดยดหยนจงดกวาปกชนดแขงโดยเพมแรงยกและแรงผลกไดดกวามแรงตานจากแรงยกและแรงผลกทนอยกวา

12

รปท 8 กราฟของแรงยกและแรงผลกของปกชนดยดหยนและปกชนดแขงตอความเรว

จากรปท 8จะเหนไดชดวาปกชนดยดหยนจะมประสทธภาพทดกวาในความเรวทเทากนถงแมในความเรวทมคาสงขน(ความเรวมากกวา3.5)นนปกชนดแขงจะสามารถสรางแรงยกไดมากกวาแตเปนผลตางทไมมากเมอเทยบกบแรงผลกตานทปกชนดแขงสรางขนมากกวาปกชนดยดหยน

รปท 9 กราฟก าลงเชงกลของปกชนดยดหยนและปกชนดแขงตอความเรว

13

จากรปท9จะเหนไดวาปกชนดยดหยนจะมความสามารถในการผลตก าลงเชงกลไดมากกวาปกชนดแขงซงหมายความวาเมอปกทงสองชนดรบภาระกรรมทมขนาดเทากนปกชนดยดหยนจะมก าลงสวนเกนทสามารถน าไปใชในสวนอนๆไดเชนการเพมความเรงการเคลอนไหวแบบตางๆรวมไปถงเปนก าลงส ารองขณะทปกชนดแขงนนจะไมมก าลงส ารองไวใชมากเทาปกชนดยดหยน

14

3 เครองมอทใชในการท าโครงงาน

อปกรณการทดลอง 1. Wind Tunnel cross section 2 x 1.5 m. 2. Aluminium Single-Point Load Cell - Tedea-Huntleigh Model 1002 2 kg - Tedea-Huntleigh Model 1002 5 kg 3. Motor DC 4. Flapping Wing Mechanism 5. Wing Structure (5 types) 6. Remote Control Futaba T10J 7. Autonics MP-5W Pulse Meter 8. NI Set - NI cDAQ-9174 NI CompactDAQ Four-Slot USB Chassis - NI9215 ±10 V Simultaneous Analog Input, 4 Ch 100 kS/s - NI9237 Bridge Analog Input 50 kS/s 4 Module - NI9949 RJ-50 to Screw Terminal 9. DC Power Supply ซอฟตแวร (Software) 1. Solidworks 2. Catia 3. National InstrumentLabView 2011 4. MATLAB R2008a

15

4 วธการด าเนนโครงงาน

4.1. ขนตอนการด าเนนงาน 1. ศกษากายวภาคศาสตร อากาศพลศาสตรการบนของนก และความสมพนธระหวางลกษณะทางกายภาพ

ของนกกบลกษณะพฤตกรรมการบน 2. ก าหนดลกษณะ ขนาด โครงสราง กลไกของปกทจะใชในการทดลอง และออกแบบการทดลอง 3. ท าการออกแบบปกตามโครงสรางทออกแบบไวแตกตางกน 3 แบบอยางละเอยด และออกแบบเครองมอ

วดผลการทดลอง 4. สรางปกตามโครงสรางทไดออกแบบไว และเครองมอวดผลการทดลอง 5. ท าการทดลองและเกบขอมล 6. วเคราะหผล ศกษาขอผดพลาดทเกดขนจากการทดลอง 7. ปรบปรงโครงสราง ท าการทดลองและเกบขอมลอกครง 8. วเคราะห และสรปผลการทดลอง

16

รปท 10 แผนภาพแสดงการด าเนนงาน

Start

Literature Review

End

Analyze Re-Design

Analyze / Conclusion

Experiment / Collect Data

Design

Build

Proposal

F

T Error?

17

4.2. แผนการด าเนนงาน

หวขอ พ.ศ. 2558 ม.ค. ก.พ. ม.ค. เม.ย. พ.ค. ม.ย. ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค.

1. Literature Review 2. Proposal 3. Design 4. Build 5. Experiment/Collect Data 6. Analyze/ Adjusting 7. Re-Experiment 8. Final Analyze&Conclusion

ตารางท 2 ตารางเวลาการด าเนนงานโครงงาน

4.3. รายละเอยดการด าเนนงาน

4.3.1. ก าหนดลกษณะ ขนาดของปกทใชในการทดลอง และรปแบบของการทดลอง คณะผจดท าไดท าการทดลองโดยสรางเครองบนปกกระพอทมความยาวปกเทากบ 1.0 m จากตารางท1

สามารถค านวณมวลเบองตนไดจากความสมพนธระหวางความยาวปก (b) กบมวล (m) ดงน

𝑏 = 1.13𝑚0.42

1 = 1.13𝑚0.42 ∴ 𝑚 = 0.7475 𝑘𝑔

และจากตารางท1สามารถหาพนทปก (S) ไดจากความสมพนธระหวางพนทปก (S) และมวล (m) ดงน

𝑆 = 0.16𝑚0.78

𝑆 = 0.16(0.7475)0.78

18

∴ 𝑆 = 0.1275 𝑚2

ดงนนจงสามารถหาความถของการกระพอปก (f) ไดจากสมการท (12):

𝑓 = 𝑚3

8𝑔1

2𝑏−23

24 𝑆−1

3 𝜌3

8

โดยท g = 9.81 m/s2, ρ = 1.225 kg/m3จะไดวา

𝑓 = (0.7475)3

8(9.81)1

2(1.0)−23

24 (0.1275)−1

3 (1.225)3

8

∴ 𝑓 = 6.02 𝐻𝑧

_______(9)

_______(10)

19

และจากรปท 4 “The Great Flight Diagram” ซงแสดงความสมพนธของน าหนก, ภาระกรรมบนปกและความเรวจงสามารถหาความเรวของอากาศทเหมาะสมกบการทดลองไดเมอทราบน าหนกของเครองบนปกกระพอซงหนก7.33 N (W=mg=0.7475×9.81)

รปท 11 กราฟความสมพนธระหวางน าหนกและความเรวในการบน

เพราะฉะนนจะไดความเรวทเหมาะสมกบการทดลองมคาประมาณ 14-15 m/s

20

ท าการทดลองทความเรวลมท 7 m/s

รปแบบโครงสรางปก

มมปะทะ (องศา)

แรงยก[1]𝐿 (นวตน)

แรงขบ[2]𝑇 (นวตน)

น าหนก𝑊 (นวตน)

แบบท 1

-3 0

3 6 9

แบบท 2

-3 0 3 6

9

แบบท 3

-3 0 3

6 9

แบบท 4

-3 0 3

6 9

แบบท 5

-3 0

3 6 9

ตารางท 3 ตารางบนทกคาแรงยก แรงขบ น าหนก ทไดจากการทดลอง

[1] แรงยก วดจาก Force Balance ในแนวแกน z [2] แรงขบ วดจาก Force Balance ในแนวแกน x

21

ปกทจะศกษามโครงสรางโดยคราว ดงรปท 12

รปท 12 โครงสรางของปกทสนใจศกษา

แตโครงสรางดงกลาวจะเปลยนรปแบบทศกษาอก 5รปแบบ เพอศกษาผลของโครงสรางปกทมผลตอ

ประสทธภาพทางการบนของออรนทอปเตอร แบบท 1 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 25 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 25 องศา) แบบท 2 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 35 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 35 องศา) แบบท 3 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 45 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 45 องศา) แบบท 4 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 0 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 0 องศา) แบบท 5 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 90 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 90 องศา)

22

4.3.2. รายละเอยดของออรนทอปเตอรตนแบบ Park Hawk specification Aircraft type: Ornithopter, Micro R/C Park Flyer, Hand launched Motor: Speed 300 D.C. electric motor Battery: 8 cell 720-830 Mah NIMH 9.6 volt pack ( or optional 3 cell lithium pack available as upgrade) Materials : G-10 epoxy-glass, carbon, aluminum, steel, Delrin plastic, polyester fabric, Dacron Wingspan : ~ 48 inches Length : ~ 28 inches Weight : ~ 15 ounces (442 g) Channel : 3 Flight speed : 5 to 20 mph Wind speed : 0 to 8 mph

รปท 13 กลไกของออรนทอปเตอร Park Hawk (ซาย)

รปท 14 ออรนทอปเตอร Park Hawk (ขวา)

23

4.3.3. อโมงคลมทใชในการทดลอง เนองจากการก าหนดขนาดของออรนทอปเตอรทจะใชในการทดลองตามหวขอ 4.3.1ทม Span 1.0 เมตร และ

ความเรวลมทใชในการทดลองตองอยระหวาง 14-16 m/s ดงนน อโมงคลมขนาด 1x1 เมตร ของภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ ณ มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตศรราชา มขดความสามารถไมเพยงพอทจะท าการทดลองได อาจารยทปรกษาและคณะผจดท าจงไดประสานงานไปยงโรงเรยนนายเรออากาศนวมนทกษต รยาธราชเพอขอความอนเคราะหใชอโมงคลมยานความเรวต าขนาดใหญ หนาตด 2 x 1.5 เมตร เพอใชในการทดลอง

เมอวนท 7 กรกฎาคม 2558 อาจารยทปรกษาและคณะผจดท าไดเดนทางไปยงโรงเรยนนายเรออากาศฯเพอหารอกบคณาจารยและเจาหนาทของโรงเรยนนายเรออากาศถงแนวทางและความเปนไปไดในการท าการทดลอง รวมไปถงการเยยมชมอโมงคลมทใชในการทดลอง ซงไดรบความรวมมอจากโรงเรยนนายเรออากาศฯเปนอยางด

รปท 15 อโมงคลมยานความเรวต า โรงเรยนนายเรออากาศฯ

24

รปท 16 ขณะหารอกบคณาจารยโรงเรยนนายเรออากาศนวมนทกษตรยาธราช (ซาย) รปท 17 ท าการวดขนาดแทนปรบมมปะทะภายในอโมงคลม (ขวา)

รายละเอยดอโมงคลมยานความเรวต า โรงเรยนนายเรออากาศนวมนทกษตรยาธราช (Subsonic Research Wind Tunnel) Test Section

- 2 m (Width) x 1.5 m (Height) x 5.805 m (Length) - 25 mm clear acrylic wall - 27 mm marine plywood floor and roof - Turn table diameter of 1.6 m

Crescent Sting Support System - Pitch : -4 to +36 degrees - Roll : ±180 degrees (capable of 360 degrees) - Yaw : ±30 degrees - Load Range - Normal Force : 1335 N - Side Force : 667 N - Axial Force : 356 N - Pitching Moment : 56 N.m

25

- Yawing Moment : 28 N.m - Rolling Moment : 28 N.m

Probe Transverse System (PTS) - Transverse : Horizontal (x axis) and Vertical (y axis) - Range: 1.8 m (x) x 1.3 m (y) - Position direction: x move toward control room, y upward - Range in coordinate: -100 mm to -50 mm (x,y) to 1700 mm-1250 (x,y) - Axial Position: 3 position 524 mm apart axially (z direction)

ตอมาเพอรายงานความคบหนาและทดลองตดตงอปกรณวดคาเพอตรวจสอบความเขากนไดกบแทนวดแรง

ของอโมงคลม ทดสอบการเดนสายไฟไปยงบรเวณโตะควบคม และทดสอบการรบสงสญญาณของรโมทคอนโทรลและตวรบสญญาณ(Receiver) พบวามปญหาเลกนอยจากขนาดของกานยดชดวดคาแรงกบแทนวดแรงของอโมงคลม และความยาวสายไฟทไมเพยงพอ และไดท าการแกไขเพอความพรอมในการทดสอบจรง

รปท 18 ทดลองตดตงภายในอโมงคลมเพอตรวจสอบความเขากนได

26

4.3.4. ออกแบบและจดท าอปกรณการทดลอง

สวนจบยดและเครองมอวด เนองจากอปกรณจบยด วดคาของอโมงคลม โรงเรยนนายเรออากาศฯไมเหมาะสมตอการยดตด และวดคาของ

ออรนทอปเตอรทใชในการทดลอง จงตองมการสรางเครองมอวด ดดแปลงเพอน าไปยดตดกบชนสวนทมอยแลวภายในอโมงคลม และใชการวดคาผานซอฟตแวร ฮารดแวรทตองพฒนาขนมาเอง

จากการศกษา จะท าการยดตดระหวางออรนทอปเตอรและแทนปรบมมปะทะภายในอโมงคลมดงรปท 18 โดยท าการออกแบบชนสวนจบยดดวยโปรแกรม SolidWorks ตามรปท19

รปท 19 แผนจบยดทออกแบบดวยโปรแกรม SolidWorks

ซงเครองมอวดทไดออกแบบ ประกอบไปดวย 6สวนไดแก 1. แผนยดตวออรนทอปเตอร เปนแผนอลมเนยม ท าหนาทยดออรนทอปเตอรกบเครองมอวด 2. กานยด สรางดวยการกลงแทงอลมเนยม เพอใชเชอมระหวางชดจบยดออรนทอปเตอรและแกนรบแรงภายใน

อโมงคลม 3. สวนจบยดเซนเซอรวดความถ เปนบานพบอลมเนยมเชอมตดระหวางแผนยดออรนทอปเตอรกบตวเซนเซอร

วดความถ Pulse Meter MP-5W 4. แผนถายทอดแรง แผนพบอลมเนยมถายทอดแรงจากแผนยดออรนทอปเตอรกบโหลดเซลลเพอวดคา

โมเมนตขณะท าการทดลอง 5. ตวถายทอดแรง ท าหนาทถายทอดแรงจากแผนยดออรนทอปเตอรไปยงโหลดเซลลเพอวดแรง Axial Force

และ Normal Force ขณะท าการทดลอง

27

6. โหลดเซลล (Load Cell) ตวรบคาแรงในรปแบบของสญญาณไฟฟา เพอสงคาไปประมวลผลในชด NI และโปรแกรมประมวลผล

โดยสวนตางๆจะถกประกอบเขาดวยกนกบตวนก ยดดวยสกรขนาด M5

รปท 20 สวนประกอบชดเครองมอวด

รปท 21 สวนประกอบชดเครองมอวด

28

รปท 22 ชดเครองมอวด (Side View)

ปกออรนทอปเตอร ตามหวขอ 4.3.1 ทไดก าหนดขนาดของปกและโครงสรางปกทง 5 แบบทจะท าการศกษาลกษณะของ

โครงสรางในสวนทเปน Rigid Body ของปกทมผลทางอากาศพลศาสตร และสงผลตอประสทธภาพการบน ไดแก แบบท 1 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge)ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 25 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 25 องศา) แบบท 2 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 35 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 35 องศา) แบบท 3 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 45 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 45 องศา) แบบท 4 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 0 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 0 องศา) แบบท 5 กานแนวชายหนาปก (Leading Edge) ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 90 องศา (มมแกนโครงสรางหลก 90 องศา) โดยปกของออรนทอปเตอรท ามาจากผารม 190 (RF) น ามาตดตามแบบใชกานคารบอนเสนผานศนยกลาง

3.5 มลลเมตรเปนกานแนวชายหนาปก (Leading Edge) และใชกานคารบอนเสนผานศนยกลาง 1 มลลเมตร 2 มลลเมตร เปนกานโครงสราง

29

รปท 23 ปกรปแบบมมแกนโครงสรางหลก 25 องศา



รปท 26 ปกรปแบบมมแกนโครงสรางหลก 0องศา

รปท 27 ปกรปแบบมมแกนโครงสรางหลก 90องศา

30

รปท 28 ปกทง 5 รปแบบ

ขนตอนการสรางปกเพอใชในการทดลอง

เตรยมอปกรณในการท าปกออรนทอปเตอรทง 5 รปแบบ ไดแก ผารม (091(RF)/58”/สมสะทอนแสง #24), แทงคารบอนขนาดเสนผานศนยกลาง 1 มลลเมตร ,แทงคารบอนขนาดเสนผานศนยกลาง 2 มลลเมตร และ กาว DOGS X-66

1) วาด รปแบบโครงสรางของปกทง 5 ลงบนกระดาษ 2) คดลอกลายของโครงสรางบนกระดาษ ลงบนผาทไดจดเตรยมไว 3) ตดผาตามลายทวาดไว 4) จดวางแทงคารบอนตามลายโครงสราง 5) ใชกาว DOGS X-66 ตดระหวางกานคารบอนและผารม( 091) RF)/55”/สมสะทอนแสง #43) 6) ใชผารมตดทบกานคารบอนอกครงเพอเพมพนทในการยดตดของกาว 7) ทดสอบความแขงแรงของปกทกรปแบบโดยน าไปตดกบตวออนทอปเตอรสงใหระบบท างานทความถ 6

Hz

31

การตรวจสอบความแมนย าของอปกรณการทดลอง เนองการกระพอของปกนกนนมการเคลอนทขน และลงในแตละครงของการกระพอ ดงนนการตรวจสอบความ

แมนย าของเครองมอวดจ าเปนอยางยงทจงตองการทดสอบเครองมอวดเพอความแมนย าของผลการทดลอง จงไดออกแบบการทดลองโดยการน าโหลดเซลลยดตดกบโตะ และอกดานยดตดกบ Servo180 degree ทถกเชอมไวกบมวลมาตรฐาน จากนนจะท าการวดคาแรงเหวยงทมวลมาตรฐานกระท าตอโหลดเซลลแลวน าคาทไดจากการวดมาเปรยบเทยบกบคาทค านวณไดในทางทฤษฎ ตามรปท 28

รปท 29 ภาพจ าลองการทดสอบความแมนย าของอปกรณวดคา

4.3.5. พฒนาเครองมอวด และโปรแกรมประมวลผล เนองจากการวดแรงทางอากาศพลศาสตรทกระท าตอออรนทอปเตอรจากการทดลองภายในอโมงคลม ตอง

อาศยฮารดแวรและซอฟตแวรทพฒนาขนเอง โดยใชโหลดเซลล (Load Cell) 2 ตวมาตอกนในแนวฉากเพอใชวดแรง Normal Force,Axial Force และโหลดเซลลอกหนงตวเพอใชวด Pitching Moment สงขอมลผานสายสญญาณไปยงชด NI (National Instrument) เพอแปลงคาและสงไปประมวลผลดวยซอฟตแวรทพฒนาเพอเกบและวเคราะหขอมลในโปรแกรม LabView ตอไป

32

ชด NI (National Instrument) ประกอบไปดวยอปกรณตางๆ ดงน NI cDAQ-9174 NI CompactDAQ Four-Slot USB Chassis

รปท 30 NI cDAQ-9174

NI9215 ±10 V Simultaneous Analog Input, 4 Ch 100 kS/s อปกรณรบสญญาณอะนาลอก 4 ชองสญญาณ เพอใชรบคาจากเซนเซอรตรวจจบความถจาก Micro Switch

รปท 31 NI9215

33

NI9237 Bridge Analog Input 50 kS/s 4 Module อปกรณรบสญญาณอะนาลอก 4 ชองสญญาณ เพอใชรบคา Axial Force, Normal Force จากโหลดเซลลทง 2ตวผานสายสญญาณ RJ-50

รปท 32 NI9237

NI9949 RJ-50 to Screw Terminal อปกรณเพอใชเชอมสายไฟจากโหลดเซลลสงเขาสายสญญาณ RJ-50

รปท 33 NI9949

34

โดยเชอมสายไฟจากโหลดเซลลเขาไปยง NI9949 โดยอางองจากคมอการใชงานดงน

รปท 34 ผงการตอสายไฟของโหลดเซลล โมเดล1002 ซงประกอบไปดวยสายไฟทงหมด 4 เสน (แดง, เขยว, ด า, ขาว)

รปท 35 ผงสญญาณของสายไฟเสนตางๆในสาย RJ-50 ทน าไปเชอมกบ NI9237

ดงนน จะสามารถเชอมสายไฟจากโหลดเซลลเขาไปกบ NI9949 Screw Terminal to RJ-50 ไดดงน

35

รปท 36 การเชอมตอสายไฟจากโหลดเซลลเขากบ NI9949

สาย RJ-50 สายสงสญญาณจาก Screw Terminal ไปยง NI9237

รปท 37 สาย RJ-50

โดยชดอปกรณ NI ทงหมดจะถกเชอมตอเขาดวยกบเพอรบคาจากการทดลองภายในอโมงคลม ซงประกอบไปดวย Normal Force, Axial Force, Pitching Moment และความถ สงเขาไปเกบคาและวเคราะหในโปรแกรม LabView

อปกรณวดความถ (Pulse Meter)

36

Pulse Meter ทใชในโครงงานนประกอบไปดวย Autonics MP-5W Pulse Meter, Autonics BF5R-D1-N Fiber Optic Amplifier และ Autonics FD-620-10

รปท 38 AutonicsFD-620-10

Autonics BF5R-D1-N Dual digital display type fiber optic amplifiers มหนาทรบคาสญญาณจากเซนเซอรและประมวลผล โดยสามารถตรวจจบความเคลอนไหวความเรวสงไดถง 20,000 ครงตอวนาท ทความละเอยด 1/10,000จากนนจงสงขอมลไปประมวลและแสดงผลท Autonics MP-5W

รปท 39 Autonics BF5R-D1-N

37

Autonics MP-5W Pulse Meter มความสามารถในการท างานไดถง 13 โหมด ไดแก Revolution, Speed, Frequency, Absolute Ratio, Passing Time, Error Ratio, Cycle, Density, Passing Speed, Error time width, Length Measurement, Time difference, Interval, Multiplication โดยจะรบคาขอมลจากเซนเซอรมาประมวลผลอกครง และแสดงผลทางหนาจอ 8-Digit 5 หลก

รปท 40 Autonics MP-5W Pulse Meter

นอกจากนยงมตวแปรอนๆทอาศยการใสคาโดยตรงผานหนาตาง Front Panel ของโปรแกรม ไดแก - มมปะทะ (Angle of Attack : AoA) ไดจากการควบคมแทนปรบมมปะทะของอโมงคลม - ความเรววลม ไดจากการควบคมของหองควบคมอโมงคลม

โดยขอมลทกตวจะถกน าไปเกบคารวมกนดวยโปรแกรม LabView แลวน ามาวเคราะหเพอสรปผลการทดลอง ตอไป โหลดเซลล (Load Cell)

รปท 41 Load Cell Tedea-Huntleigh Model 1002

38

โหลดเซลล (Load Cell) Aluminium Single-Point Load Cell Tedea-Huntleigh Model 1002 น ามาใชเพอวดคาแรง Normal Force, Axial Force และโมเมนต Pitching Moment โดยจะเลอกใช Capacity ของโหลดเซลลใหเหมาะสมกบขนาดของแรงทจะท าการวด เพอใหไดคาทมความละเอยดอยในยานทตองการ และปองกนการเสยหายของโหลดเซลล ดงน

Normal Force Manufacturer : Tedea-Huntleigh Model : 1002 Capacity : 5 kg Serial Number : 19725673 Axial Force Manufacturer : Tedea-Huntleigh Model : 1002 Capacity : 2 kg Serial Number : 19793552 Pitching Moment Manufacturer : Tedea-Huntleigh Model : 1002 Capacity : 2 kg Serial Number : 19793553

39

โปรแกรม LabVIEW

LabVIEW คอ ชดพฒนาแอพพลเคชน จากเนขนแนลอนสทรเมนสเพอใชในการสรางระบบการวด, ทดสอบ

และควบคม โดยใชการเขยนโปรแกรมดวยภาษาโคดรปภาพ (Graphical Programming) และมการตอสายสงคาขอมลคลายกบการวาดโฟลชารตทเขาใจไดงาย ซงชดพฒนาจะมาพรอมกบชดฟงกชนทางคณตศาสตรและวศวกรรมนบรอยแบบส าหรบการวเคราะห ประมวลผล และแสดงขอมล รวมถงความสามารถตางๆในการใชงานรวมกบฮารดแวรและซอฟตแวรอนๆไดด เพอสงเกตการณหรอควบคมการวดคาตางๆ อาท ความเครยด (Strain) อณหภม (Temperature)แรง (Force)เปนตน โดยโปรแกรมจะแบงออกเปน 2 หนาตางหลก ไดแก Front Panel เปรยบเสมอนแผงควบคมจ าลองทผ ใชสามารถปรบคา ควบคมการท างานของโปรแกรมท เขยนขนได และ Block Diagram เปนหนาตางทใชในการเขยนโปรแกรมเพอใชควบคมตามตองการ

รปท 42 ตวอยางหนาตางโปรแกรม Labview หนาตาง Front Panel (ซาย) หนาตาง Block Diagram (ขวา)

เนองจากโครงงานนตองอาศยการเกบคาขอมลดวยชดเกบขอมลทออกแบบขนเอง จงตองท าการเขยน

โปรแกรมเพอรบคาและประมวลผลขนมาเอง เพอใหมความเหมาะสมและตอบสนองไดตามความตองการใชงาน โปรแกรมทพฒนาขนแบงออกเปน 3 สวนหลก ดงน

40

1) สวนการรบคาขอมลจากการด NI (Data Acquisition) 2) สวนการประมวลผลขอมล (Data Evaluation) 3) สวนการสงออกและบนทกคา (Data Export)

1) สวนการรบคาขอมลจากการด NI (Data Acquisition)

แรงทวดไดจากชดวดคาโดยโหลดเซลลจะถงสงออกมาในรปแบบสญญาณไฟฟาอะนาลอกเขาสการด NI9237 Bridge Analog Input และ NI9215 ±10 V Simultaneous Analog Inputเพอประมวลผลและแปลงเปนสญญาณดจตอลสงเขาคอมพวเตอร และน าไปประมวลในโปรแกรม LabVIEW ตอไป ตามขนตอนดงน

1. รบคาแรงจากโหลดเซลลและคาความตางศกยจากไมโครสวตชเขาสโปรแกรมดวยฟงกชน DAQ Assistant เพม Channel ขอมลทงหมด 3 ชอง ไดแก Axial Force, Normal Force และ Pitching Moment ก าหนดชนดขอมลเปน Force (Bridge) ส าหรบรบคาแรงจาก NI9237 และก าหนดชนดขอมลเปน Voltage ส าหรบรบคาความตางศกยไฟฟาจาก NI9215

นอกเหนอจากขอมลดงกลาวทรบคาผาน NI แลว ยงมตวแปรอนๆทรบคาจากผ ใชโดยตรงในโปรแกรม - Wind Velocity (m/s) ความเรวลมของอโมงคลม หนวยเปน เมตรตอวนาท - Frequency (Hz) ความถการกระพอของปก หนวยเปน เฮรต (Hz) - Angle of Attack มมปะทะระหวางออรนทอปเตอรกบกระแสลม หนวยเปน องศา

รปท 43 หนาตาง DAQ Assistant ในโปรแกรม LabVIEW

41

2. เมอรบขอมลเขามาในโปรแกรมผาน DAQ Assistant แลวจงใชฟงกชน Filter เพอกรองสญญาณรบกวนทไมตองการออกไป เพอใหขอมลทไดมางายตอการวเคราะห แปลงขอมลใหอยในรป Dynamic Data Type จากนนจงเรยกขอมลของแตละ Channel ออกมาใชงานดวยอาเรย (Array)

รปท 44 Block Diagram สวนรบคาขอมล

รปท 45 สวนรบคาขอมลจากผใชท Front Panel ของโปรแกรม

42

2) สวนการประมวลผลขอมล (Data Evaluation) เมอรบคาเขาสโปรแกรมเรยบรอยแลวจงน าขอมลมาประมวลผลเพอน าไปวเคราะห ไดแก การ

Calibrate คา, การแปลงคาจาก NI เปนแรง,การค านวณ Lift Force, การค านวณ Drag Force และการค านวณ Pitching Moment

รปท 46 Block Diagram สวนประมวลผลขอมล

รปท 47 Block Diagram สวนประมวลผลขอมล

การ Calibrate คาทไดจาก NI(รปท 48 - สวนแรเงาสฟา)

เนองจากคาเรมตนทไดมาจาก NI ไมเปนศนย จงตองท าการ Calibrate คากอนเรมเกบขอมล ซงอาศยการบวกคา แฟคเตอรอกตวทท าใหผลลพธทอานไดเปนศนย

การแปลงคาจาก NI เปนแรง(รปท 48 - สวนแรเงาสเขยว)

คาทไดจาก NI เปนคากระแสไฟฟาทถกจายออกมาจากโหลดเซลล ไมสามารถน าไปวเคราะหผลได จงตองท าการแปลงเปนแรงกอนตามขนตอนการตรวจสอบโหลดเซลลทางสแตตก (หวขอ 4.3.6) ซงจะไดสมการของเสน Trendline ระหวางคาทอานไดจาก NI กบแรงทกระท า จากนนน าคาสมประสทธของสมการดงกลาวอนเปนคาเฉพาะของโหลดเซลลแตละตวมาใสไดออกมาเปนแรง Axial Force, Normal Force และ Pitching Moment

43

การค านวณแรง Axial Force, Normal Force, Pitching Moment(รปท 48 - สวนแรเงาสแดง) เมอไดแรง Axial Force, Normal Force, Pitching Moment มาแลว จงน าไปค านวณเปนแรงยก (Lift) และแรง

ตาน (Drag) โดยใชสมการดงน

𝐿 = 𝑁𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝐴𝑠𝑖𝑛𝛼 𝐷 = 𝐴𝑐𝑜𝑠𝛼 + 𝑁𝑠𝑖𝑛𝛼

รปท 48 รปแสดงแรงทางอากาศพลศาสตรทกระท า

การปองกนความเสยหายของโหลดเซลล(รปท 48 - สวนแรเงาสสม) เพอปองกนความเสยหายของโหลดเซลลทอาจเกดจากแรงทกระท ามากกวาลมตทโหลดเซลลสามารถรบได

จงมสวนโปรแกรมทจะแจงเตอนผใชหากโหลดเซลลทรบแรง Normal Force มากกวาคาทก าหนดไว

44

3) สวนการสงออกและบนทกคา (Data Export) เมอประมวลคาแรงตางๆเรยบรอยแลว จงตองสงคาดงกลาวออกมาเพอแสดงผลและน าไปวเคราะหแปรผลคา

ตอไป โดยแสดงผลผาน Chart ของแตละแรง บนทก Measurement File (.lvm) และไฟลรปภาพของกราฟแรงตางเพอน าไปวเคราะหผลภายหลง

รปท 49 Block Diagram สวนการสงออกและบนทกคา

45

รปท 50 Block Diagram ของโปรแกรมเกบคาการทดลองทพฒนาขน

46

4.3.6. การตรวจสอบความถกตองของอปกรณการวด เนองจากอปกรณวดคาขอมลไดพฒนาขนมาเอง เพอตรวจสอบความถกตองแมนย าของขอมลจงตองท าการ

ตรวจสอบความถกตองของทงโหลดเซลลซงเปนอปกรณตรวจวดแรงและชดอปกรณวดแรงทงระบบ โดยจะแบงการทดสอบออกเปน 2 ประเภท คอ สแตตก (Static) และ ไดนามกส (Dynamic)เปน 4 การทดลอง ดงน

1. การตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลทางสแตตก (Load Cell Static Validation) 2. การตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลทางไดนามกส (Load Cell Dynamics Validation) 3. การตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวดทางสแตตก (System Static Validation) 4. การตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวดทางไดนามกส (System Dynamics Validation)

การตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลทางสแตตก (Load Cell Static Validation)

ท าการตรวจสอบโหลดเซลล Tedea-Huntleigh Model 1002 ทใชวดคา Normal Force, Axial Force และ Pitching Moment ทงสามตวตามขนตอน ดงน

1) ยดโหลดเซลลแตละตวเขากบโตะทมความแขงแรงดวยตวยดจบ (Clamp) 2) ตอสายไฟจากโหลดเซลลเขาส NI9949 Screw Terminalเพอแปลงเขาสายสญญาณ RJ-50 น าไปตอ

เขากบ NI9237 เพอรบคาเขาโปรแกรมตอไป 3) รนโปรแกรมรบคา ตงคาทอานไดใหเปนศนย (Calibrate) 4) แขวนมวลมาตรฐานขนาด 5 กรม ไวทโหลดเซลล ท าการอานและบนทกคา ท าซ าอก 3ครง 5) ท าซ าขนตอนท 3 ถง 4 โดยเปลยนมวลมาตรฐานเปน 20, 100, 200, 500, 600, 800, 1000, 1500, 1700

และ 2000 กรม ส าหรบโหลดเซลลขนาด 2 กโลกรม และเปลยนมวลมาตรฐานเปน 20, 100, 200, 500, 600, 800, 1000, 1500, 1700, 2000, 2300, 2500, 3000 และ 3700 กรมส าหรบโหลดเซลลขนาด 5 กโลกรม

6) พลอตคาทอานไดจากโปรแกรมกบน าหนกมวลมาตรฐานในโปรแกรม Microsoft Excel จากนนสรางเสนแนวโนม และสมการของเสนแนวโนมเพอน าไปใชตอไป

7) เปรยบเทยบและตรวจสอบคาความคลาดเคลอนของคาทอานไดจากโปรแกรม

47

รปท 51 การทดสอบความถกตองของโหลดเซลลทางสแตตก

การตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลทางไดนามกส (Load Cell Dynamics Validation) เนองจาก Flapping Wings ขณะบนจะตองมการกระพอปกเพอสรางแรงยก (Lift) และแรงขบ (Thrust)

เพอใหสามารถบนอยในอากาศไดซงมการเคลอนไหวอยเสมอ ดงนน เราจงตองท าการทดสอบโหลดเซลลแบบไดนามกส (Dynamics) เพอตรวจสอบวาโปรแกรมจะสามารถอานคาแรงซงเกดมาจากการเคลอนไหวไดอยางถกตองและแมนย า ตามขนตอน ดงน

1) ยดเซอรโว (Servo) ทสามารถหมนได 180 องศาเขากบมวลมาตรฐานขนาด 50 กรม โดยมจดศนยกลางมวลรวมของกานไมและมวลมาตรฐานหางจากจดหมนเซอรโวเปนระยะ 0.8 เซนตเมตร

รปท 52 ภาพแสดงการยดมวลมาตรฐานเพอใชทดสอบความถกตองของระบบเครองมอวด

2) ยดโหลดเซลลเขากบเซอรโว และยดกบโตะทแขงแรงดวยตวจบยด (Clamp) 3) ตอตวรบสญญาณ (Receiver) และแบตเตอรเขากบเซอรโว

48

4) ตดตงโพรบวดความเรวรอบใหอยในต าแหนงทเหมาะสม ตดสตกเกอรสเงนทมวลมาตรฐานเพอใหสามารถสะทอนแสงไดด ตงคา Sensitive ของ Fiber Optic Amplifier (Autonics BF5R-D1-N) ใหสามารถตรวจจบไดเหมาะสม

5) ตอสายไฟจากโหลดเซลลทงสามตวเขาส NI9949 Screw Terminalเพอแปลงเขาสายสญญาณ RJ-50 น าไปตอเขากบ NI9237 เพอรบคาเขาโปรแกรมตอไป

6) รนโปรแกรมรบคา ตงคาทอานไดใหเปนศนย (Calibrate) 7) ปรบรโมทคอนโทรลกระทงคาทอานไดบน Pulse Meter เปน 60 รอบตอนาท เมอความเรวรอบคงท เรม

รนโปรแกรมรบคา จบเวลา 30 วนาท 8) วเคราะหคาทไดจาก Measurement File ทไดจากโปรแกรม LabVIEW ดวย Microsoft Excel โดยการ

สมเลอกคาสงสด 5 คา ซงเปนคาทเกดทต าแหนงทมวลอยต าแหนงต าสด และสมเลอกคาต าสด 5 คา ซงเปนคาทเกดทต าแหนงทมวลอยต าสด

9) เปรยบเทยบและตรวจสอบคาความคลาดเคลอน เทยบกบแรงทค านวณไดทางทฤษฎ

10) ท าซ าขนตอนท 6 ถง 9 โดยเปลยนความเรวรอบเปน 75 และ 95 รอบตอนาท

รปท 53 การทดสอบความถกตองของโหลดเซลลทางไดนามกส

รปท 54 การตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลทางไดนามกส

𝐹 =𝑚𝑣2

𝑅= 𝑚𝜔2𝑅

49

การตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวดทางสแตตก (Load Cell Static Validation) 1) ท าการตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวด ทประกอบโหลดเซลลทงสามตวเขากบชนสวนอน

เรยบรอยแลว ตามขนตอน ดงน 2) ยดระบบเครองมอวดเขากบโตะทมความแขงแรงดวยตวยดจบ (Clamp) 3) ตอสายไฟจากโหลดเซลลทงสามตวเขาส NI9949 Screw Terminalเพอแปลงเขาสายสญญาณ

RJ-50 น าไปตอเขากบ NI9237 เพอรบคาเขาโปรแกรมตอไป 4) รนโปรแกรมรบคา ตงคาทอานไดใหเปนศนย (Calibrate) 5) วดระยะหางจากจดหมนของโหลดเซลลวด Pitching Moment กบจดทแรงกระท า บนทกผล และสราง

เปนสมการเพอหา Pitching Moment ทจะน าไปค านวณตอในโปรแกรม Microsoft Excel

6) แขวนมวลมาตรฐานขนาด 5 กรม ไวทรซงหางจากขอบดานหนาของแผนประกบเปนระยะ 10 เซนตเมตร เพอทดลองใสแรงในแนวแกน Normal ท าการอานและบนทกคา ท าซ าอก 3ครง

รปท 55 ภาพแสดงต าแหนงจดทมวลแขวนอยในระบบเครองมอวดส าหรบการวดในแนว Normal

7) ท าซ าขนตอนท 3 ถง 4 โดยเปลยนมวลมาตรฐานเปน 20, 100, 200, 500, 600, 800, 1000, 1500, 1700 และ 2000 กรม ส าหรบโหลดเซลลขนาด 2 กโลกรม และเปลยนมวลมาตรฐานเปน 20, 100,

คาทอานไดจากNI x ระยะจากจดหมนถงจดทแรงกระท า = น าหนกมวลมาตรฐาน x ระยะจากจดหมนแขวนมวล

50

200, 500, 600, 800, 1000, 1500, 1700, 2000, 2300, 2500, 3000 และ 3700 กรมส าหรบโหลดเซลลขนาด 5 กโลกรม

8) พลอตคาทอานไดจากโปรแกรมกบน าหนกมวลมาตรฐานในโปรแกรม Microsoft Excel จากนนสรางเสนแนวโนม และสมการของเสนแนวโนมเพอน าไปใชตอไป

9) เปรยบเทยบและตรวจสอบคาความคลาดเคลอนของคาทอานไดจากโปรแกรม 10) ตดตงรอกเดยวใหอยในระนาบเดยวกบชดวดคาใหหางออกไป 30 เซนตเมตร ผกเชอกทรซงหางจาก

ขอบดานบนของแผนประกบ 1 เซนตเมตร เขากบมวลมาตรฐาน จากนนวางเชอกผานรอก ดงภาพ

รปท 56 ภาพแสดงต าแหนงจดทมวลแขวนอยในระบบเครองมอวดส าหรบการวดในแนว Axial

11) ท าซ าขนตอนท 3 ถง 4 และขนตอนท 6 ถง 8

รปท 57 การตรวจสอบความถกตองของเครองมอวดทางสแตตก

51

การตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวดทางไดนามกส (System Dynamics Validation) 1) เพอตรวจสอบวาระบบเครองมอวดซงประกอบไปดวยโหลดเซลล 3 ตวทท าหนาทวด Normal Force,

Axial Force และ Pitching Moment สามารถท าการวดคาไดอยางถกตองและแมนย าหรอไม จงตองท าการทดสอบตามขนตอน ดงน

2) ยดชดระบบเครองมอวดแรงเขากบโตะทแขงแรง โดยหมนใหแผนประกบขนานกบพน จากนนยดดวยตวจบยด (Clamp) ใหมนคง

3) ยดเซอรโว (Servo) ทสามารถหมนได 180 องศาเขากบมวลมาตรฐานขนาด 50 กรม โดยมจดศนยกลางมวลรวมของกานไมและมวลมาตรฐานหางจากจดหมนเซอรโวเปนระยะ 0.8 เซนตเมตร

4) ยดเซอรโวเขากบแผนประกบของระบบเครองมอวด โดยตดตงทขอบดานหนาเปนระยะ 16 เซนตเมตร หางจากขอบดานบน เปนระยะ 8 เซนตเมตร

5) ตอตวรบสญญาณ (Receiver) และแบตเตอรเขากบเซอรโว 6) ตดตงโพรบวดความเรวรอบใหอยในต าแหนงทเหมาะสม ตดสตกเกอร สเงนทมวลมาตรฐานเพอให

สามารถสะทอนแสงไดด ตงคาความ Sensitive ของ Fiber Optic Amplifier (Autonics BF5R-D1-N) ใหสามารถตรวจจบไดเหมาะสม

7) ตอสายไฟจากโหลดเซลลทงสามตวเขาส NI9949 Screw Terminalเพอแปลงเขาสายสญญาณ RJ-50 น าไปตอเขากบ NI9237 เพอรบคาเขาโปรแกรมตอไป

8) รนโปรแกรมรบคา ตงคาทอานไดใหเปนศนย (Calibrate) 9) ปรบรโมทคอนโทรลกระทงคาทอานไดบน Pulse Meter เปน 60 รอบตอนาท เมอความเรวรอบคงท เรม

รนโปรแกรมรบคา จบเวลา 30 วนาท 10) วเคราะหคาทไดจาก Measurement File ทไดจากโปรแกรม LabVIEW ดวย Microsoft Excel โดยการ

สมเลอกคาสงสด 5 คา ซงเปนคาทเกดทต าแหนงทมวลอยต าแหนงต าสด และสมเลอกคาต าสด 5 คา ซงเปนคาทเกดทต าแหนงทมวลอยต าสด

11) เปรยบเทยบและตรวจสอบคาความคลาดเคลอน เทยบกบแรงทค านวณไดทางทฤษฎ

12) ท าซ าขนตอนท 6 ถง 9 โดยเปลยนความเรวรอบเปน 75 และ 95 รอบตอนาท

𝐹 =𝑚𝑣2

𝑅= 𝑚𝜔2𝑅

52

รปท 58 การทดลองตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวดทางไดนามกส

4.3.7. การจ าลองการทดสอบภายในอโมงคลม (Static Testing) เพอตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวด ความถกตองของขอมลทไดจากการวด และ

ตรวจสอบปญหาและอปสรรคทอาจเกดขนกอนไปท าการทดลองในอโมงคลม จงไดท าการทดสอบและเกบคาเสมอนจรงโดยการตดตงปกทง 5 แบบ ท าการทดลองโดยไมมความเรวลม และไมมการปรบมมปะทะ ตามขนตอนดงน

1) ยดตวออรนทอปเตอรเขากบแผนประกบ ตดตงชดระบบเครองมอวดใหเรยบรอย แลวน าไปยดกบโตะทมความแขงแรง มนคง ดวยตวจบยด (Clamp)

2) ตดตงปกแบบท 1 (มมแกนโครงสรางหลก 25 องศา) 3) ตอตวรบสญญาณ (Receiver) และสายไฟจากพาวเวอรซพพลายเขาดวยกนตดเทปอลมเนยมสะทอน

แสงทเฟองหลกของออรนทอปเตอร ตดตงโพรพของเซนเซอรวดความเรวรอบใหตรงกบเทปอลมเนยม ตงคาความ Sensitive ของ Fiber Optic Amplifier (Autonics BF5R-D1-N) ใหสามารถตรวจจบไดเหมาะสม

4) ตดตงไมโครสวตชใหถกกดเมอปกนกอยต าแหนงต าสด ตอสายไฟจากไมโครสวตชเขากบ NI9215 5) ตอสายไฟจากโหลดเซลลทงสามตวเขาส NI9949 Screw Terminalเพอแปลงเขาสายสญญาณ RJ-50

น าไปตอเขากบ NI9237 เพอรบคาเขาโปรแกรมตอไป 6) รนโปรแกรมรบคา ตงคาทอานไดใหเปนศนย (Calibrate) 7) ปรบรโมทคอนโทรลกระทงคาทอานไดจาก Pulse Meter เปน 240 รอบตอนาท (4 Hz)

53

8) เรมรนโปรแกรมรบคาเปนระยะเวลา 20 วนาท 9) บนทกคาทอานไดเปน Measurement File (.lvm) และไฟลภาพกราฟแรงตางๆ เพอน าไปใชวเคราะหผล

ตอไป 10) ปรบรโมทคอนโทรลกระทงความเรวรอบทอานไดจาก Pulse Meter เปน 300 รอบตอนาท (5 Hz) 11) ท าซ าขนตอนท 8 ถง 9 จากนนเปลยนความเรวรอบเปน 360 รอบตอนาท (6 Hz) 12) เปลยนปกเปนปกแบบท 2, 3, 4 และ 5 ตามล าดบ ท าซ าขนตอนท 6 ถง 11

รปท 59 การจ าลองการทดลองในอโมงคลม

4.3.8. การทดลองในอโมงคลม การตดตงอปกรณเพอปรบปรงคณภาพลม

เนองจากอโมงคลมยานความเรวต าของโรงเรยนนายเรออากาศนวมนทกษตรยาธราชสามารถท าความเรวต าทสดได 15 เมตรตอวนาท แตเพอความปลอดภยในการทดลอง และปองกนความเสยหายของออรนทอปเตอรและอโมงคลมซงอาจเกดจากแรงทางอากาศพลศาสตรทมากเกนไป จงไดท าการตดตงตาขายทบรเวณสวนทายของ Test Section เพอใหความเรวลมภายในอโมงคทสรางไดลดลงเหลอประมาณ 8-9 เมตรตอวนาท และปองกนชนสวนทอาจหลดจากออรนทอปเตอรท าความเสยหายแกอโมงคลม

54

รปท 60 ขณะท าการตดตงตาขายทสวนทายของ Test Section อโมงคลม

การตรวจสอบความเรวและคณภาพของลมภายในอโมงคลม เมอท าการตดตงตาขายเพอลดความเรวลมและปองกนความเสยหายของอโมงคลมแลวจะท าให

คณภาพการไหลของลมเปลยนแปลงไปดวย จงตองตรวจสอบความเรวลมทต าแหนงตางๆของ Test Section อโมงคลมโดยการใชแอนนโมมเตอร (Anemometer) วดความเรวลมภายใน Test Section ขณะอโมงคลมท างานทต าแหนงตางๆ ดงภาพ

รปท 61 ภาพแสดงต าแหนงการวดความเรวลมต าแหนงตางๆ มองจากดานหลงออรนทอปเตอร

55

การตดตงระบบเครองมอวด การตดตงกลองบนทกภาพเคลอนไหว

โครงงานนสนใจศกษาผลของโครงสรางปกออรนทอปเตอร ซงมการเคลอนไหวอยตลอดเวลา นอกเหนอจากผลของแรงทางอากาศพลศาสตรทวดไดจากเครองมอวดแลว ยงไดท าการตดตงกลองบนทกภาพเคลอนไหวทสามารถบนทกภาพทเฟรมเรท (Frame Rate) สงไดภายในอโมงคลมจ านวน 2 จด ดงน

1) Camera#1ใชกลอง GoPro Hero4+ Silver ตงคาใหบนทกภาพเคลอนไหวท 120 เฟรมตอวนาท ตดตงทแทนวดแรงของอโมงคลม บนทกภาพจากดานหลงของออรนทอปเตอร

2) Camera#2 ใชกลอง Xiaomi Yi ตงคาใหบนทกภาพเคลอนไหวท 120 เฟรมตอวนาทตดตงทผนงของ Test Section บนทกภาพดานขวาของออรนทอปเตอร

จากนนจงน าไฟลภาพเคลอนไหวทบนทกไดไปประมวลในโปรแกรมตดตอวดโอใหเปนภาพเคลอนไหวแบบสโลวโมชน (Slow Motion) แลวน าไปวเคราะหผลตอไป

รปท 62 ภาพแสดงต าแหนงตดตงกลองบนทกภาพเคลอนไหว

56

รปท 63 กลอง GoPro Hero4+ Silver บนทกภาพดานหลงของออรนทอปเตอร

การตดตงชดเครองมอวด (NI) การทดลองทอโมงคลมโรงเรยนนายเรออากาศฯ ไดเลอกใชการเกบคาขอมลโดยใชระบบการวดทพฒนาขน

เองแทนระบบการวดและเกบคาของอโมงคลม ดงนนจงตองท าการตดตงระบบการวดทพฒนาขนเองภายในอโมงคลมตามขนตอน ดงน

1) ประกอบชดระบบวดคาเขากบออรนทอปเตอรใหเรยบรอย 2) น ากานยดไปยดกบแทนวดแรงของอโมงคลม ใชประแจหกเหลยมขนตวหนอนยดใหแนน 3) พนปลายสายไฟดวยพลาสตก เพอปองกนสารหลอลนของแทนปรบมมปะทะเปรอะเปอน 4) น าสายไฟทงหมดรอยผานทอแทนปรบมมปะทะออกไปดานนอกอโมงคลม 5) ตอตวรบสญญาณ (Receiver) และสายไฟจากพาวเวอรซพพลายเขาดวยกนตดเทปอลมเนยมสะทอน

แสงทเฟองหลกของออรนทอปเตอร ตดตงโพรพของเซนเซอรวดความเรวรอบใหตรงกบเทปอลมเนยม ตงคาความ Sensitive ของ Fiber Optic Amplifier (Autonics BF5R-D1-N) ใหสามารถตรวจจบไดเหมาะสม

6) ตดตงไมโครสวตชใหถกกดเมอปกนกอยต าแหนงต าสด ตอสายไฟจากไมโครสวตชเขากบ NI9215 7) ตอสายไฟจากโหลดเซลลทงสามตวเขาส NI9949 Screw Terminalเพอแปลงเขาสายสญญาณ RJ-50

น าไปตอเขากบ NI9237 เพอรบคาเขาโปรแกรมตอไป 8) ทดสอบการใชงานของอปกรณทงหมด 9) ใชเทปกาวตดพนสายไฟกบแทนปรบมมปะทะใหเรยบรอย

57

รปท 64 ขณะตดตงและตรวจสอบชดเครองมอวด

การตงคามมปะทะของระบบเปนศนย เมอยดออรนทอปเตอรกบแทนปรบมมปะทะอโมงคลมเรยบรอยแลว พบวาตวออรนทอปเตอรไมขนานกบพน

โลกสงผลใหคาทโหลดเซลลอานไดผดเพยนไปเนองจากผลของแรงโนมถวง จงตองท าการปรบคามมปะทะใหเปน 0 ตามจรง ดงขนตอนตอไปน

1) วางระดบน าใหขนานกบล าตวของออรนทอปเตอร 2) ปรบแทนปรบมมปะทะอโมงคลมครงละ 0.1 องศา กระทงระดบน าทอานไดอยตรงกลางซงหมายถง

ออรนทอปเตอรขนานกบพน 3) บนทกคามมปะทะทถกปรบ และเปลยนคา AoA Offset ในโปรแกรมเกบคา

การทดลองในอโมงคลม

เมอท าการตดตงอปกรณการทดลองทงหมดแลว ตองท าการตรวจสอบความเรยบรอยของอปกรณทกจด โดยเฉพาะนอตตางๆทอาจเกดการคลายเกลยว และหลดออกมาระหวางการทดลอง จงตองใสน ายากนคลายทนอตทกตวเพอปองกนเหตดงกลาว จากนนจงเรมท าการทดลอง แบงออกเปนขนตอนตางๆ ดงน

การตงคาของระบบเปนศนย 1) ตรวจสอบความเรยบรอยของอปกรณทงหมด ตรวจสอบวตถแปลกปลอมภายในอโมงคลมปดและลอค

ประต Test Section อโมงคลม

58

2) เชอมตอกลองบนทกภาพเคลอนไหวทงสองตว 3) เรมเกบคาในโปรแกรม ตงคาในแทบ Calibrate ใหคาท NI อานไดทกตวเปนศนย

การทดลองในอโมงคลม

หลงจากท าการตงคาระบบและเกบคาอนๆทจ าเปนตอการวเคราะหผลในภายหลงเรยบรอยแลว จะเรมท าการทดลองของปกแตละแบบตามขนตอน ดงน

1) ปรบแทนปรบมมปะทะไปท 0 องศา 2) เรมเปดพดลมใหอากาศไหลผานสวน Test Section ทความเรว 7 เมตรตอวนาท เมอความเรวลมคงท

แลวจงเรมขนตอนถดไป 3) ปรบรโมทคอนโทรลกระทง Pulse Meter อานความเรวรอบได 240 รอบตอนาท (4 Hz) 4) เรมเกบคาดวยโปรแกรมเปนเวลา 20 วนาท พรอมทงบนทกภาพเคลอนไหวดวยกลองทงสองตว 5) เมอครบตามเวลาทก าหนดจงหยดเกบคา บนทกคาทอานไดในรปแบบ Measurement File และรปภาพ

กราฟของแรงทงหมดเพอน าไปวเคราะหผลตอไป 6) ปรบรโมทคอนโทรลกระทง Pulse Meter อานความเรวรอบได 360 รอบตอนาท (6 Hz) จากนนท าซ า

ขนตอนท 1 ถง 5 7) หยดการท างานของพดลมอโมงคลม เมอความเรวลมเปนศนยแลวเปดประต Test Section 8) ท าการทดลองซ าตงแตขนตอนการตงคาระบบเปนศนย จากนนจงเรมท าการทดลองตงแตขนตอนท 1

ถง 7 โดยเปลยนปกเปนแบบท 2, 3, 4 และ 5 ตามล าดบ

4.3.9. วธการวเคราะหผลการทดลอง เ นองจากผลการทดลองทไดจากการวดคาผานโปรแกรม LabVIEW จะไดผลออกมาในรปแบบของ

Measurement File (.lvm) ทเปนจดขอมลของแรงยกและแรงตานทเวลาตางๆกน เมอน ามาพลอตเปนกราฟจะไดกราฟลกษณะทเปน Sine Waveform

เพอใหงายตอการเปรยบเทยบจงค านวณออกมาเปน Force per Stoke ซงหมายถงแรงทสรางไดตอการกระพอปกครบหนงรอบ ค านวณไดจากพนทใตกราฟของหนงลป ซงจะตองน าวเคราะหดวยเครองมออนกอนเพอใหงายตอการวเคราะหและสรปผลการทดลองตอไป ตามขนตอนดงน

1) เปด Measurement File (.lvm) ดวยโปรแกรม Microsoft Excel 2) เลอกชวงขอมล 5 วนาท พรอมกบคาแรงยกและแรงตาน จากนนพลอตออกมาเปนกราฟ

59

3) ท าใหคาเรมตนและคาสดทายของกราฟตดกบแกน x โดยการ Interpulate ระหวางเวลาและแรง 4) น าชดขอมลดงกลาวไปวเคราะหผลตอในโปรแกรม MATLAB โดยใชโคดดงน

5) น าคาเวลาจดสดทายลบออกดวยคาเวลาทจดเรมตน ไดเปน∆𝑡 แลวน าไปหารพนทใตกราฟซงไดจากการค านวณของโปรแกรม MATLAB

x = [ชดขอมลเวลา ] y = [ ชดขอมลแรง ]

plot(x,0,'r') hold on; plot(x,y)

trapz(x,y) //ฟงกชนหาพนทใตกราฟ

60

5 ผลการด าเนนงานและวจารณผล

ในสวนของบทท 5 จะกลาวถงผลการทดลองทไดจากการทดสอบปกกระพอ ทง 5 รปแบบ ในอโมงคลม โดยจะน าเสนอแรงทวดไดจากทงสองแกน แกนของแรงขบ-แรงตาน คอ แกน x ซงเปนแกนทขนานไปกบพนโลก แกนของแรงยก คอ แกน y ซงเปนแกนทตงฉากกบพนโลก ดงรปทแสดงไวดานลาง โดยจะน าเสนอในรปแบบของกราฟแรงเทยบกบเวลา และเปรยบเทยบ Force per Stroke ของปกแตละรปแบบ แตละมมปะทะ แตละความถทใชกระพอ ตามทไดก าหนดไว คอ ปก 5 รปแบบทมโครงสรางแตกตางกน (0,25,35,45,90) และท าการทดสอบทไมมความเรวอากาศ และมความเรวอากาศ 7m/s และเปรยบเทยบเพอทจะหารปแบบโครงสรางปก ทเหมาะสมทสด

รปท 65 ภาพแสดงแกนอางองของแรง

61

5.1. คาตวแปรไรหนวยของการทดลอง เปนการชวยลดรปสมการทยงยากใหเหนความสมพนธของตวแปรแตละกลมไดงาย อ านวยความสะดวกใน

การค านวณโดยการลดตวแปรและสรางแบบจ าลองทางคณตศาสตร แตเนองจากการทดลองท าท ความถ ความเรว และรปแบบปกเดยว จงมคาตวแปรไรหนวยเพยงคาเดยว ซงจะเปนประโยชนตอการน าไปศกษาตอในอนาคต

5.1.1. Reduced Frequency(k)

จาก 𝑘 =𝜋𝑓𝑐𝑟𝑒𝑓

𝑈𝑟𝑒𝑓

ก าหนดให ความถ 𝑓 = 4 𝐻𝑧

ความยาวคอรดอางอง 𝑐𝑟𝑒𝑓 = 0.283 𝑚

ความเรวอางอง 𝑈𝑟𝑒𝑓 = 7 𝑚/𝑠

𝜋 = 3.14

จะได 𝑘 = (3.14)(4)(0.283)

7= 0.508

5.1.2. Strouhal Number(St)

จาก 𝑆𝑡 =𝑓𝑐𝑟𝑒𝑓

𝑈𝑟𝑒𝑓

ก าหนดให ความยาวคอรดอางอง 𝑐𝑟𝑒𝑓 = 0.283 𝑚

ความเรวอางอง 𝑈𝑟𝑒𝑓 = 7 𝑚/𝑠

𝜋 = 3.14

จะได 𝑆𝑡 = (4)(0.283)

7= 0.1617

62

5.2. การเปรยบเทยบผลของมมปะทะทมตอแรงอากาศพลศาสตรของแตละรปแบบปกจากการทดลองในอโมงคลม

ผลการทดลองจากอโมงคลมทความเรวลม (Free Stream) 7 เมตรตอวนาท โดยใชปกทกานแนวชายหนาปก (Leading Edge)ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 0องศา ทดลองทความถ 4 Hz

รปท 66 เปรยบเทยบผลของแรงยกทแตละมมปะทะของปก 0 องศา ความถ 4 Hz

AOA Force per Stroke (N) -3 -0.281 0 0.238 3 1.037 6 1.639 9 2.361

ตารางท 4 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงยกทแตละมมปะทะของปก 0 องศา ความถ 4 HZ

-4

-2

0

2

4

6

8

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Lift

Fo

rce

(N

)

Time (s)

Lift - Wing 0 Degree at frequency 4 Hz

AOA-3 AOA0 AOA3 AOA6 AOA9

63

จากกราฟจะเหนไดวาเมอเพมมมปะทะ กราฟจะเลอนมาทางดานขวา อาจเปนเพราะการทมอเตอรนนตองรบโหลดทเกดจากแรงทางอากาศพลศาสตรมากยงขน ท าใหจงหวะทปกก าลงกระพอลงเคลอนทไดชาลง กราฟของผลการทดลองนนท าใหพบวาเมอท าการเพมมมปะทะของออรนทอปเตอรทกานแนวชายหนาปก (Leading Edge)ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 0 องศา ทความเรว 7 เมตรตอนาท คา Force per Stroke ของแรงยกจะมคาเพมสงขน ซงหมายความวาการทเพมมมปะทะของออรนทอปเตอร จะเปนการเพมแรงปะทะระหวางอากาศและปกของออรนทอปเตอร ในชวงทปกอยต าแหนงสงสดแรงยกจะมคาประมาณ 0 นวตน เชนเดยวกบขณะทปกอยต าแหนงต าสด ซงหมายความวาปกจะไมสามารถสรางแรงยกไดในต าแหนงดงกลาว ซงสมเหตสมผลกบหลกอากาศพลศาสตรและกลศาสตร กลาวคอ ดวยกลไกของออรนทอปเตอร ปกจะมความเรวเปน 1 เมตรตอวนาท ขณะทอยต าแหนงสงสด และต าสด ดงนนเมอปกอยใน 4 ต าแหนงนน กจะเปรยบเสมอน ปกในขณะเปนแผนบางธรรมดา ซงเมออากาศไหลผานแผนบางโดยท มมปะทะเปน 1 จะไมมแรงยก ซงผลการทดลองของปกรปแบบอนทท าการทดลอง ยงคงมแนวโนมตามค าอธบายดงกลาว(กราฟผลการทดลองของปกรปแบบอนอยในภาคผนวก)

รปท 67 เปรยบเทยบผลของแรงตานทแตละมมปะทะของปก 0 องศา ความถ 4 Hz

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Thu

st-D

rag

Fro

ce F

orc

e(N

)

Time (s)

Drag - Wing 0 Degree at frequency 4 Hz


64

AOA Force per Stroke (N) -3 -0.600 0 -0.974 3 -1.158 6 -1.368 9 -1.368

ตารางท 5 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงตานทแตละมมปะทะของปก 0 องศา ความถ 4 HZ

จากกราฟของผลการทดลองนนพบวาเมอท าการเพมมมปะทะของออรนทอปเตอรทตดตงปกทมมมแกนโครงสรางหลก 0 องศา ทความเรว 7 เมตรตอนาทของแรงขบหกออกดวยแรงตาน จะมคาตดลบมากขน ซงหมายถงวาการทออรนทอปเตอรเพมมมปะทะ ออรนทอปเตอรจะเคลอนทดวยความหนวงมากขนเนองจากมแรงตานมากระท าในทศสวนทางการเคลอนท ซงในการบนระดบแลว ผลตางระหวางแรงขบ และแรงตานนนควรมคาเปน 1 และนนหมายความวาความถในการกระพอ 3 Hz ไมเพยงพอส าหรบการบนระดบทความเรว 7 m/s แลวเมอสงเกตกราฟของ

ผลการทดลองปกรปแบบอนท าใหสรปไดวาไมมปกรปแบบใดเลยทสามารถมแรงยกได ในขณะทแรงขบมากกวาแรงตาน ไมวาจะเปนมมปะทะใดๆ ทใชความถในการกระพอ 3Hz (กราฟผลการทดลองของปกรปแบบอนอยในภาคผนวก)

65

5.3. การเปรยบเทยบผลของรปแบบปกทมตอแรงทางอากาศพลศาสตรทแตละมมปะทะ จากการทดลองในอโมงคลม

มมปะทะ (Angle of Attack) -3 องศา ความถ 4 Hz

Wing Type Force per Stroke Lift (N) Force per Stroke Thrust-Drag (N)

0 deg -0.281 -0.600

25 deg -0.138 -1.379

35 deg -0.570 -0.478

45 deg -0.181 -0.059

90 deg -0.492 0.087

ตารางท 6 เปรยบเทยบผลของแรงยกและแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกแตละรปแบบ ทมมปะทะ -3 องศา

จากตารางบนทกผลการทดลองดงกลาวจะพบวาทมมปะทะ -3 องศา ปกรปแบบ 25degเปนปกทมแรงยกตดลบนอยทสดและในขณะเดยวกนปก 25degกเปนปกทมแรงตานมากทสดอกดวย สวนปกทมแรงตานนอยทสดคอปกรปแบบ 90 deg แตเมอไมรวมรปแบบปก 25 degในการพจาราณาแลวจะพบวา ปกทมแรงยกตดลบนอยทสด คอปกรปแบบ 45 deg

มมปะทะ (Angle of Attack) 0 องศา ความถ 4 Hz

Wing Type Force per Stroke Lift (N) Force per Stroke Thrust-

Drag (N)

0 deg 0.238 -0.974

25 deg 0.669 -1.673

35 deg 0.247 -0.650

45 deg 0.298 -0.546

90 deg 0.207 -0.300

ตารางท 7 เปรยบเทยบผลของแรงยกและแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกแตละรปแบบ ทมมปะทะ 0 องศา

66

จากตารางดานบนจะเหนไดชดวาปกรปแบบ 45 deg จะมคา Force per Stroke แตกตางจากปกรปแบบอนสงนท าใหตองยอนกลบไปพจารณาถงโครงสรางของปก 45 deg เมอพจารณาจากวดโอทอดมาจะเหนวาปกชวงหลงของปกนเกอการสะบด ซงแตกตางจากปกอนทไมมการสะบด แสดงใหเหนวาปกรปแบบ 45 deg นนมโครงสรางแตกตางจากปกอนมากเกนไปจนไมอาจน ามาพจารณารวมกบปกรปแบบอนได (มรายละเอยดของปญหาเพมเตมในหวขอ 6.2.1 ปญหาและอปสรรค)

เมอไมรวมรปแบบปก 45 deg ในการพจาราณาแลว จะพบวาปกทสามารถสรางแรงยกไดมากทสด คอ ปกรปแบบ 45 deg และปกทมคาแรงตานนอยทสดคอ ปกรปแบบ 91 deg



0 deg 1.037 -1.158

25 deg 1.627 -2.076

35 deg 0.936 -1.190

45 deg 0.993 -0.686

90 deg 0.801 -0.471


เมอไมน าปกรปแบบ 25 deg มาพจารณารวมกนแลว จะพบวาปกทสามารถสรางแรงยกไดมากทสด คอ ปกรปแบบ 1deg และปกทมคาแรงตานนอยทสดคอ ปกรปแบบ 91 deg

67



0 deg 1.639 -1.368

25 deg 2.784 -2.261

35 deg 1.765 -1.268

45 deg 1.654 -0.704

90 deg 1.483 -0.634


เมอไมน าปกรปแบบ 25 deg มาพจารณารวมกนแลว จะพบวาปกทสามารถสรางแรงยกไดมากทสด คอ ปกรปแบบ 45deg และปกทมคาแรงตานนอยทสดคอ ปกรปแบบ 91 deg มมปะทะ (Angle of Attack) 9 องศา ความถ 4 Hz


0 deg 2.361 -1.368 25 deg 3.783 -1.990 35 deg 3.526 -1.087 45 deg 2.345 -0.725 90 deg 2.067 -0.782


เมอไมน าปกรปแบบ 25 deg มาพจารณารวมกนแลวจะพบวาปกทสามารถสรางแรงยกไดมากทสด คอ ปกรปแบบ 45deg และปกทมคาแรงตานนอยทสดคอ ปกรปแบบ 35deg

68

เมอพจารณาภาพรวมของผลการทดลองจะพบวา ปกทมแรงยกมากทสดของแตละกรณยงนอยกว าคาน าหนกตวรวมของตวนก แลวยงคงมแรงตานทตดลบ ซงนนหมายถงวาแรงขบของปกทกระพอดวยความถ 3 Hz ไมสามารถเอาชนะแรงตานทความเรวลม 7m/s ดงนนความถทใชในการบนจรงควรมคามากกวา 3Hz

เมอพจารณาถงแรงยกในแตกรณจะพบวา ปกรปแบบ 45 deg นนจะสามารถสรางแรงยกไดมากทสดในกรณทมมมปะทะ 6 องศา และ 9 องศา และเมอยอนกลบไปดผลการวดแรงยกของปก 45 deg ในกรณมมปะทะ 0 องศาและ 3 องศาจะพบวามคาตางจากปกทมแรงยกสงสดในแตละกรณเพยงเลกนอย ดงนนจงสรปไดวาปกรปแบบ 45 deg นนเหมาะสมทสดส าหรบการสรางแรงยก

5.4. การเปรยบเทยบผลของความถมตอแรงทางอากาศพลศาสตร จากการทดลองในอโมงคลม Compare Lift –Wing 35 Degree between 4 Hz and 6 Hz

AOA Force per Stroke (N)

Lift at 4 Hz Force per Stroke (N)

Lift at 6 Hz -3 -0.569 -0.034 0 0.247 0.810 3 0.936 1.839 6 1.765 2.699 9 2.657 3.526

ตารางท 11 เปรยบเทยบแรงยกของปกแบบ 35 องศา ทความถ 4 HZ และ 6 HZ แตละมมปะทะ

69

รปท 68 กราฟเปรยบเทยบแรงยกของปกแบบ 35 องศา ทความถ 4 Hz และ 6 Hz แตละมมปะทะ

Compare Drag –Wing 35 Degree between 4 Hz and 6 Hz

AOA Force per Stroke (N)

Drag at 4 Hz Force per Stroke (N)

Drag at 6 Hz -3 -0.478 0.071 0 -0.649 -0.107 3 -1.189 -0.399 6 -1.268 -0.505 9 -1.087 -0.536

ตารางท 12 เปรยบเทยบแรงขบของปกแบบ 35 องศา ทความถ 4 HZ และ 6 HZ แตละมมปะทะ

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

-4 1 4 6 9

Lift

(N

)

Compare Lift – Wing 35 Degree between 4 Hz and 6 Hz

4Hz

6Hz

70

รปท 69 กราฟเปรยบเทยบแรงยกของปกแบบ 35 องศา ทความถ 4 Hz และ 6 Hz แตละมมปะทะ

จากตารางดานบนจะเหนถงความสมพนธระหวางความถของการกระพอ และแรงทเกดขนทงสองแกน

กลาวคอเมอพจารณาคาแรงยกททกๆ มมปะทะของความถ 3 Hz และ 6 Hz จะพบวาในทกๆ กรณ แรงยกทเกดขนจากการกระพอทความถ 6 Hz จะมคาแรงยกมากกวาแรงยกทเกดขนจากการกระพอทความถ 3 Hz ท าใหสามารถสรปไดวาความถในการกระพอนนแปรผนโดยตรงกบแรงยก สวนผลตางของแรงขบและแรงตานททกๆ มมปะทะของความถ 3 Hz และ 6 Hz จะพบวาในทกๆ กรณ ผลตางของแรงยกและแรงตานนนมคาตดลบนอยลง นนแสดงใหเหนวา ทความถการกระพอ 6 Hz สามารถสราง แรงขบไดมากกวา ทความถการกระพอ 3 Hz ท าใหสามารถสรปไดวาความถในการกระพอนนแปรผนโดยตรงกบแรงขบ อกดวย

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-4 1 4 6 9

Dra

g (N

)

Compare Drag– Wing 35 Degree between 4 Hz and 6 Hz

4Hz

6Hz

71

5.5. การเปรยบเทยบผลของรปแบบปกทมตอแรงทางอากาศพลศาสตรทแตละความถ จากการทดลองนอกอโมงคลม ความเรวลม 0 เมตรตอวนาท

รปท 70 กราฟแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 0เมตรตอวนาท

Wing Type Force per Stroke (N)

0 deg -0.107 25 deg 0.183 35 deg -0.180 45 deg -0.182 90 deg -0.446

ตารางท 13 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 0เมตรตอวนาท

จากกราฟและตารางดงกลาว จะแสดงใหเหนแนวโนมวาในเงอนไขทไมมลมปะทะ หรอความเรวลมปะทะ = 1

m/s และความถในการกระพอ 3 Hz ปกทความเปน Flexible สามารถสรางแรงยกไดมากกวา ปกทมความเปน Rigid

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

26.1 26.2 26.3 26.4 26.5 26.6 26.7 26.8Lift

(N

)

Time (s)

Lift - AoA 0 degree at frequency 4 Hz V=0 m/s

W0 W25 W35 W45 W90

72

รปท 71 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 0เมตรตอวนาท


0 deg 1.155 25 deg 1.031 35 deg 1.493 45 deg 1.917 90 deg 2.178

ตารางท 14 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 0เมตรตอวนาท

จากกราฟและตารางดงกลาว จะแสดงใหเหนถงแนวโนมในเงอนไขทไมมลมปะทะ หรอความเรวลมปะทะ =

1 m/s และความถในการกระพอ 3 Hz ปกทมความเปน Rigid มาก (ปกรปแบบ 91 องศา ) จะสามารถสรางแรงขบไดมากกวาปกทมความ Flexible

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Thru

st-D

rag

(N)

Time (s)

Thrust-Drag : AoA 0 degree at frequency 4 Hz V=0 m/s

W0 W25 W35 W45 W90

73



0 deg -1.430 25 deg -1.046 35 deg -1.471 45 deg -1.456 90 deg -1.314

ตารางท 15 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 5Hz ความเรวลม 0เมตรตอวนาท

จากกราฟและตารางดงกลาว จะแสดงใหเหนแนวโนมวาในเงอนไขทไมมลมปะทะ หรอความเรวลมปะทะ =

1 m/s และความถในการกระพอ 5Hz ปกทความเปน Flexible สรางสามารถสรางแรงยกไดมากกวา ปกทมความเปน rigid

-15

-10

-5

0

5

10

15

15 15.05 15.1 15.15 15.2 15.25 15.3 15.35 15.4 15.45Lift

(N

)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

74




ตารางท 16 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 0เมตรตอวนาท

จากกราฟและตารางดงกลาว จะแสดงใหเหนถงแนวโนมวาในเงอนไขทไมมลมปะทะ หรอความเรวลมปะทะ

= 1 m/s และความถในการกระพอ 3 Hz ปกทมความเปน Rigid มาก(ปกรปแบบ 91 องศา )จะสามารถสรางแรงขบไดมากกวาปกทมความ Flexible

-4

-2

0

2

4

6

8

10

16.1 16.15 16.2 16.25 16.3 16.35 16.4 16.45 16.5 16.55 16.6

Thru

st-D

rag

(N)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

75




ตารางท 17 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา

จากการทดลองทความถ 6Hz ความเรวลม 0เมตรตอวนาท จากกราฟและตารางดงกลาว จะแสดงใหเหนแนวโนมวาในเงอนไขทไมมลมปะทะ หรอความเรวลมปะทะ =

1 m/s และความถในการกระพอ 5Hz ปกทความเปน Flexible จะสามารถสรางแรงยกไดมากกวาปกทมความเปน Rigid

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

15.65 15.7 15.75 15.8 15.85 15.9 15.95 16 16.05

Lift

(N

)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

76




ตารางท 18 ตารางเปรยบเทยบผลของแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 0เมตรตอวนาท

จากกราฟ และ ตารางดานบน จะแสดงใหเหนถงแนวโนมวาในเงอนไขทไมมลมปะทะ หรอความเรวลมปะทะ =

1 m/s และความถในการกระพอ 4Hz ปกทมความเปน Rigid มากจะสามารถสรางแรงขบไดมากกวาปกทมความ Flexible

-4

-2

0

2

4

6

8

10

15.4 15.45 15.5 15.55 15.6 15.65 15.7 15.75 15.8 15.85

Thru

st-D

rag

(N)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

77

รปท 76 แสดงมมยกของปกขณะทปกอยต าแหนงบนสดและลางสด

สาเหตทท าใหแรงยกของการทดลองทความเรวลม 0 m/s และมมปะทะ 0 องศา มคาตดลบ เปนเพราะมมของการกระพอขนมากกวามมของการกระพอลง แรงลพธจงเกดในทศทางลง ดงรปท 76

78

6 สรปผลการด าเนนงานและขอเสนอแนะ

6.1. สรปผลการด าเนนงาน โครงงานฉบบนจดท าขนเพอศกษา และพฒนาเครองบนปกกระพอขนาดเลก โดยเปาหมายการศกษาครงน

มงไปทแรงทเกดในสองแรง (แกน x และ แกน y ตามทอางองไวในรปท 65) ซงมความสมพนธของโครงสรางปก โดยไดแบงโครงสรางออกเปน 5 แบบ กลาวคอ จะปกทมกานคารบอนแบงเขตพนทปกทมความเปน rigid กบพนททมความ

เปน flexible ท ามมกบชายหนาปกแตกตางกน 5 ระดบ ไดแก 1°,25° ,35°,45°และ 90°ซงปกรปแบบ 90° เปนปกทม

ความเปน rigid สงทสด เรยงล าดบลงมาจนถงปกรปแบบ 0° ซงมความเปน rigid นอยทสด และจากผลการทดลองสามารถสรปไดวาปกรปแบบ 35° นนเหมาะสมกบออนทรอปเตอรตวนมากทสด เมอเปรยบเทยบกบ ปกรปแบบ 0°,45°,90° ถงแมวาจะไมไดแรงยกมากทสดในแตละเงอนไขกตาม

รปท 77 กราฟเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมทะตางๆ

79

รปท 78 กราฟเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมทะตางๆ

เพอใหกราฟมขอมลทสามารถน าไปเปรยบเทยบการเครองบนแบบปกตได จงไดท าการแปลงแรงยก เปน Lift Coefficient (𝐶𝑙 ) โดย

จาก 1

2ρ𝑣2scL = Lift

ρ = ความหนาแนนของอากาศ ทอณหภม 25 องศาเซลเซยส ; 1.184 𝑘𝑔𝑚3⁄

𝑣 = ความเรวลม ; 7 𝑚𝑠⁄

s = พนทปก ; 0.231 𝑚2

Lift = แรงยก ; 𝑁

ดงนน cL =Lift

1

2ρ𝑣2s

และเมอแทนคาลงสมการนจะไดกราฟ ดงรปท 79

80

รปท 79 กราฟเปรยบเทยบสมประสทธแรงยกของแตละรปแบบปกทมมทะตางๆ

81

6.2. ป ญหาและอปสรรค 1.ปญหาของรปแบบปก 45deg จากรปดานลางจะแสดงใหเหนจดทท าใหปกรปแบบ 25deg มเงอนไขทแตกตางจากปกรปแบบอนๆ

กลาวคอ ทต าแหนงนนจะท าใหพนทดานหลงบดงอไดงาย ซงแตกตางกบปกรปแบบอนๆ จงตองตดปกรปแบบนออกจากการวเคราะห

รปท 80 ปลายปกของปกแบบ 25 deg (ซาย) รปท 81 ปลายปกของปกแบบอนๆ (ขวา)

2.ประสทธภาพของคอมพวเตอรทใชในการเกบคาการทดลองไมเพยงพอ ท าใหเกดความผดพลาดจากการเกบ

ขอมล ดงทกลาวไวในภาคผนวก ง 3.เวลาในการทดลองทอโมงคลมของโรงเรยนนายเรออากาศมจ ากด ท าใหตองเรงท าการทดลอง ไมได

ตรวจสอบผลหลงเสรจสนการทดลอง ท าใหไดผลดงกลาวเกดความผดพลาด 4. ความเรวในการบนทกภาพเพอน ามาใชในการวเคราะหต าเกนไป (120 fps) ไมสามารถจบการ

เปลยนแปลงของโครงสรางปกได 5. ขอตอกลไกตางๆของออรนทอปเตอรเกดการเสอมสภาพตามการใชงาน ท าใหมปญหาระหวางการทดลอง

82

6.3. ขอเสนอแนะ 1. กอนไปท าการทดลองภายในอโมงคลม ควรตดตงและจ าลองการทดสอบเสมอนจรงกอน เพอตรวจสอบ

ขอผดพลาด และเพมความรวดเรวในการทดลองจรง 2. การบนทกภาพเพอน ามาวเคราะห ควรบนทกทความเรวมากกวา 240 เฟรมตอวนาท เพอใหจบความ

เคลอนไหวและความเปลยนแปลงของรปแบบปกไดอยางเหมาะสม 3. ควรเตรยมชนสวนอะไหลส ารองเผอไวในกรณทอปกรณเกดการเสยหายและเสอมสภาพ 4. ควรเพมรปแบบปกทใชในการท าการทดลอง ในชวงระหวางทมมกานโครงสรางหลก เปน 30-45 องศา 5. ควรเพม ใหระบบม Control loop มาชวยแกคาความคลาดเคลอน ของความถใหมคาแมนย ามากยงขน

83

7 บรรณานกรม

Chang-kwan Kang, Hao Liu, Hikaru Aono, Wei Shyy. An Introduction to Flapping Wing Aerodynamics. Cambridge Aerospace Series. Cambridge University Press. 2013. Wei Shyy, YongshengLian, Jian Tang, DragosViieru, Hao Liu. Aerodynamics of low Reynolds number flyers. United States of America, New York. Cambridge University Press. 2008. C. Carey. Avian Energetics and Nutritional Ecology. Springer Science & Business Media. 2012. National Instruments. Operating Instructions and Specifications NI9215. National Instruments. 2011. National Instruments. Operating Instructions and Specifications NI9237. National Instruments. 2009. National Instruments. User Guide NI9949. National Instruments. 2009. VPG Transducers. Model1002 Tedea-Huntleigh User Manual. VPG Transducers. 2014. กจไพบลย ชวพนธศร, LabVIEW ซอฟตแวรเพอการพฒนาระบบการวดและควบคม. กรงเทพฯ : ซเอดยเคชน, 2554. ลกษณ สวสดผล, อกฤษฏ หวอง. การศกษาผลของการงอปกในเครองบนปกกระพอ Study the effects of bending in flapping wings. วทยานพนธระดบปรญญาตร. ภาควชาวศวกรรมการบนและอวกาศ, คณะวศวกรรมศาสตร, มหาวทยาลยเกษตรศาสตร, 2557.

84

8 ภาคผนวก

85

ภาคผนวก ก การเปรยบเทยบผลของมมปะทะทมตอแรงทางอากาศพลศาสตรของแตละรปแบบปก

ผลการทดลองจากอโมงคลมทความเรวลม (Free Stream) 7 เมตรตอวนาท โดยใชปกทกานแนวชายหนาปก (Leading Edge)ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 25 องศา ทดลองทความถ 4 Hz

รปท 82 กราฟแรงยกของปกมม 25 องศาทแตละมมปะทะ จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 7 เมตรตอวนาท


ตารางท 19 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของปกมม 25 องศาทแตละมมปะทะ

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8

Lift

Fo

rce

(N

)

Time (s)



86

รปท 83 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 25 องศาทแตละมมปะทะ จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 7 เมตรตอวนาท


ตารางท 20 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 25 องศาทแตละมมปะทะ

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8

Thru

st-D

rag

Forc

e (

N)

Time (s)



87




ตารางท 21 ตารางเปรยบเทยบแรงขบยกของปกมม 35 องศาทแตละมมปะทะ

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7Lift

Fo

rce

(N

)

Time (s)



88



ตารางท 22 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 35 องศาทแตละมมปะทะ

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7

Thru

st-D

rag

Forc

e (

N)

Time (s)



89




ตารางท 23 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของปกมม 35 องศา ความถ 6 HZ ทแตละมมปะทะ

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

14.05 14.1 14.15 14.2 14.25 14.3 14.35 14.4 14.45 14.5 14.55

Lift

Fo

rce

(N

)

Time (s)



90


AOA Force per Stroke (N) -3 0.071 0 -0.107 3 -0.399 6 -0.505 9 -0.536

ตารางท 24 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของปกมม 35 องศา ความถ 6 HZ ทแตละมมปะทะ

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

13.95 14 14.05 14.1 14.15 14.2 14.25 14.3 14.35 14.4 14.45 14.5

Thru

st-D

rag

Forc

e (

N)

Time (s)



91





-4

-2

0

2

4

6

8

14.9 15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7

Lift

Fo

rce

(N

)

Time (s)



92




-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8

Thru

st-D

rag

Forc

e (

N)

Time (s)



93

ผลการทดลองจากอโมงคลมทความเรวลม (Free Stream) 7 เมตรตอวนาท โดยใชปกทกานแนวชายหนาปก (Leading Edge)ท ามมกบกานโครงสราง เปนมม 90องศา ทดลองทความถ 4 Hz




-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8

Lift

Fo

rce

(N

)

Time (s)



94


AOA Force per Stroke (N) -3 0.087 0 -0.299 3 -0.471 6 -0.634 9 -0.782


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Thru

st-D

rag

Forc

e (

N)

Time (s)



95

ภาคผนวก ข การเปรยบเทยบผลของรปแบบปกทมตอแรงทางอากาศพลศาสตรทแตละมมปะทะ

ผลการทดลองจากอโมงคลมทความเรวลม (Free Stream) 7 เมตรตอวนาท มมปะทะ(Angle of Attack) -3 องศา ทดลองทความถ 4 Hz

รปท 92 กราฟแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ -3 องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 7 เมตรตอวนาท

Wing Type Force per Stroke (N) 0 deg -0.281 25 deg -0.138 35 deg -0.570 45 deg -0.181 90 deg -0.492

ตารางท 29 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ -3 องศา จากการทดลองทความถ 4HZ

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9Lift

(N

)

Time (s)

Lift - AoA -3 degree at frequency 4 Hz

W0 W25 W35 W45 W90

96

รปท 93 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ -3 องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 7 เมตรตอวนาท


0 deg -0.600 25 deg -1.379 35 deg -0.478 45 deg -0.059 90 deg 0.087

ตารางท 30 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ -3 องศา

จากการทดลองทความถ 4HZ

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Thru

st-D

rag

(N)

Time (s)

Thrust-Drag : AoA -3 degree at frequency 4 Hz

W0 W25 W35 W45 W90

97

ผลการทดลองจากอโมงคลมทความเรวลม (Free Stream) 7 เมตรตอวนาท มมปะทะ(Angle of Attack) 0องศา ทดลองทความถ 4 Hz

รปท 94 กราฟแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0 องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 7 เมตรตอวนาท

Wing Type Force per Stroke (N) 0 deg 0.238 25 deg 0.669 35 deg 0.247 45 deg 0.298 90 deg 0.207

ตารางท 31 ตารางเปรยบเทยบแรงยกของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 4HZ

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Lift

(N

)

Time (s)

Lift - AoA 0 degree at frequency 4 Hz

W0 W25 W35 W45 W90

98

รปท 95 กราฟแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา จากการทดลองทความถ 4Hz ความเรวลม 7 เมตรตอวนาท



ตารางท 32 ตารางเปรยบเทยบแรงขบหกออกดวยแรงตานของแตละรปแบบปกทมมปะทะ 0องศา


-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Thru

st-D

rag

(N)

Time (s)

Thrust-Drag : AoA 0 degree at frequency 4 Hz

W0 W25 W35 W45 W90

99





-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Lift

(N

)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

100






-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Thru

st-D

rag

(N)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

101





-4

-2

0

2

4

6

8

10

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Lift

(N

)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

102






-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Thru

st-D

rag

(N)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

103





-2

0

2

4

6

8

10

12

15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Lift

(N

)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

104






-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9

Thru

st-D

rag

(N)

Time (s)


W0 W25 W35 W45 W90

105

ภาคผนวก ค การตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลและอปกรณการวด

จากหวขอ 4.3.6 การตรวจสอบความถกตองของอปกรณการวด ทงโหลดเซลลและชดอปกรณวดแรงทงระบบ

แบงออกเปน 5 การทดลอง ซงไดผลจากการทดลอง ดงน

1. ผลการตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลทางสแตตก (Load Cell Static Validation)

Load Cell Static Validation

Force Axial Force Scaled Unit kgf

Capacity (kg) 2 Samples to Read 100

Serial Number 19793552 Rate (Hz) 25k

Manufacturer Tedea-Huntleigh Channel a0

Model 1002 (Initial Value) -1.33

Weight (g) NI Measurement Value

1 2 3 Average

10 0.06 0.06 0.06 0.06

20 0.11 0.11 0.11 0.11

100 0.57 0.57 0.57 0.57

200 1.15 1.15 1.15 1.15

500 2.89 2.87 2.88 2.88

600 3.46 3.46 3.46 3.46

800 4.61 4.61 4.61 4.61

1100 6.33 6.33 6.33 6.33

1500 8.61 8.61 8.61 8.61

1700 9.76 9.76 9.76 9.76

2000 11.49 11.49 11.49 11.49

106

สมการแปลงคา NI เปนแรงของโหลดเซลล x = (y-0.0035)/0.0057

Load Cell Static Validation

Force Axial Force Scaled Unit kgf

Capacity (kg) 5 Samples to Read 100

Serial Number 19725673 Rate (Hz) 25k

Manufacturer Tedea-Huntleigh Channel a1

Model 1002 (Initial Value) -0.25

Weight (g) NI Measurement Value

1 2 3 Average

10 0.02 0.02 0.02 0.02

20 0.05 0.05 0.05 0.05

100 0.24 0.24 0.24 0.24

200 0.48 0.48 0.48 0.48

500 1.2 1.2 1.2 1.2

600 1.45 1.45 1.45 1.45

800 1.93 1.93 1.93 1.93

1100 2.66 2.66 2.66 2.66

1500 3.61 3.61 3.61 3.61

1700 4.09 4.09 4.09 4.09

2000 4.81 4.81 4.81 4.81

2300 5.54 5.54 5.54 5.54

2600 6.26 6.26 6.26 6.26

2900 6.99 6.99 6.99 6.99

3650 8.79 8.79 8.79 8.79

4398 10.59 10.59 10.59 10.59

y = 0.0057x + 0.0035R² = 1

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000

NI M

eas

ure

me

nt

Val

ue

Weight (g)

107

สมการแปลงคา NI เปนแรงของโหลดเซลล x = (y-0.0002)/0.0024

2. ผลการตรวจสอบความถกตองของโหลดเซลลทางไดนามกส (Load Cell Dynamics Validation) Axial Force Loadcell

Normal Force Loadcell

y = 0.0024x + 0.0002R² = 1

0

2

4

6

8

10

12

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

NI M

eas

ure

me

nt

Val

ue

Weight (g)

RPM Direction f (Hz) ω (rad/s) F

(Theory) F actual %Error

93 CW 1.55 9.74 0.45 0.36 6.51

75 CW 1.25 7.85 0.29 0.28 0.88

56 CW 0.93 5.86 0.16 0.17 0.65

RPM Direction f (Hz) ω (rad/s) F Theory

(g) F actual %Error

94 CW 1.57 9.84 46.98 49.57 5.52

75 CW 1.25 7.85 29.91 30.21 1.01

60 CW 1.00 6.28 19.14 19.43 1.50

108

3. ผลการตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวดทางสแตตก (System Static Validation)

Axial Force

Weight (g) NI Measurement Value Measure

Weight (g) %Error

1 2 3 Average

10 0.05 0.05 0.05 0.05 8.16 18.42

20 0.11 0.11 0.11 0.11 18.68 6.58

100 0.57 0.57 0.57 0.57 99.39 0.61

200 1.13 1.13 1.13 1.13 197.63 1.18

500 2.87 2.87 2.87 2.87 502.89 0.58

600 3.43 3.42 3.43 3.43 600.56 0.09

800 4.58 4.58 4.58 4.58 802.89 0.36

1000 5.71 5.71 5.71 5.71 1001.14 0.11

1500 8.52 8.52 8.52 8.52 1494.12 0.39

1700 9.7 9.7 9.7 9.70 1701.14 0.07

2000 11.32 11.32 11.33 11.32 1985.94 0.70 Normal Force

Weight (g) NI Measurement Value Measure

Weight (g) %Error

1 2 3 Average

10 -0.02 -0.02 -0.02 0.02 7.50 25.00

20 -0.046 -0.046 -0.046 0.05 18.33 8.33

100 -0.24 -0.24 -0.24 0.24 99.17 0.83

200 -0.48 -0.48 -0.48 0.48 199.17 0.42

500 -1.22 -1.22 -1.22 1.22 507.50 1.50

600 -1.46 -1.46 -1.46 1.46 607.50 1.25

800 -1.94 -1.94 -1.94 1.94 807.50 0.94

1000 -2.43 -2.43 -2.43 2.43 1011.67 1.17

1500 -3.63 -3.63 -3.63 3.63 1511.67 0.78

1700 -4.12 -4.12 -4.12 4.12 1715.83 0.93

2000 -4.85 -4.84 -4.85 4.85 2018.61 0.93

2300 -5.58 -5.58 -5.58 5.58 2324.17 1.05

2500 -6.07 -6.07 -6.07 6.07 2528.33 1.13

3000 -7.28 -7.29 -7.28 7.28 3033.89 1.13

3705 -8.99 -8.99 -8.99 8.99 3745.00 1.08

4. ผลการตรวจสอบความถกตองของระบบเครองมอวดทางไดนามกส

(System Dynamics Validation)

ค านวณคาทางทฤษฎ จากสตร 𝐹 =𝑚𝑣2

𝑅= 𝑚𝜔2𝑅

109

ก าหนดให m = 0.057 kg r = 0.081 m RPM = 97 rev/min

จะได 𝐹 = 𝑚𝜔2𝑅 = (0.057) (2𝜋97

60)

2(0.081) = 0.476 𝑁

คาทไดจากการทดลอง

แรงทวดได (N) Normal Force (+) 0.45 Normal Force (-) 0.42 Axial Force (+) 0.44

Normal Force (-) 0.51 แรงเฉลย 0.455

5. ผลการจ าลองการทดสอบภายในอโมงคลม (Dry Run Testing) ดหวขอ 5.4

110

ภาคผนวก ง การวเคราะหผลการทดลองจากภาพ

เปรยบเทยบการเปลยนรปของปกในจงหวะการกระพอ 4 จงหวะ ทความถ 4 Hz และ 6 Hz ความเรวลม 7 เมตรตอวนาทถายภาพท 240 เฟรมตอวนาท

4 Hz 6 Hz

ณ ต าแหนงสงสดของการกระพอ

ณ ต าแหนงทปกก าลงกระพอลง

ณ ต าแหนงต าสดของการกระพอ

111

4 Hz 6 Hz

ณ ต าแหนงทปกก าลงกระพอขน

ตารางท 39 เปรยบเทยบการเปลยนรปของปก

จากรปดานบนจะสงเกตเหนถงความแตกตางของการเปลยนรปขณะทปกก าลงกระพอขน และกระพอลง จะ

เหนไดวาการเปลยนรปของความถการกระพอ 6Hz นนจะมการเปลยนรปมากกวาความถการกระพอ 3 Hz และนนเปนสาเหตทแรงทางอากาศพลศาสตร ของทง 2 ความถแตกตางกน

112

ภาคผนวก จ การวเคราะหความผดพลาดในการเกบคาจากอปกรณการวด

เนองจากปญหาจากการทดลองภายในอโมงคทความถทเกบคาไดไมตรงกบคาความถทไดจาก Pulse Meter

เบองตนสนนษฐานวาอาจเกดจากความบกพรองของซอฟตแวรและฮารดแวร เพอตรวจสอบและพสจนขอสนนษฐานดงกลาวจงไดท าการทดลอง โดยการรนโปรแกรมเพอเกบคาขอมลอยางตอเนอง ตรวจสอบความถทปรากฎในกราฟเปนระยะ และตรวจสอบประสทธภาพการท างานของคอมพวเตอร โดยดจาก %Utilization ของ CPU Performance พบวา เมอรนโปรแกรมในระยะแรกความถทเหนในกราฟยงตรงกบความถของ Pulse Meter อย แตจะมบางชวงคอมพมเตอรเกดอาการกระตก คา %Utilization เพมสงขนอยางรวดเรว กราฟทสงเกตเหนเปนลกษณะดงรปภาพ ซงสนนษฐานวานาจะเกดจากบฟเฟอรของคอมพวเตอรเตม ท าใหการดงคาจากอปกรณ NI เกดการตดขด คอมพวเตอรหยดการท างานไปชวขณะท าใหคาทเหนนนเปนเสนตรง ซงเกดจากการเชอมเสนของขอมลจดสดทายกอนคอมพวเตอรเกดอาการคาง กบจดขอมลแรกเมอคอมพวเตอรกลบมาท างานเปนปกต

รปท 102 กราฟทปรากฎขณะคอมพวเตอรมอาการกระตก

เมอท าการเกบคาขอมลตอไปจะพบวาเสนตรงดงกลาวมเพมมากขน จนกระทงโปรแกรมหยดการท างานเองและขนขอความแจงเตอน “Error – 200279 occurred at DAQmx Read”เมอตรวจสอบความถทปรากฎในกราฟของโปรแกรมพบวาความถมคาลดลง และเมอตรวจสอบ %Utilization ของ CPU กจะพบวากอนทโปรแกรมหยดการ

113

ท างาน มการใชงาน CPU สงมากและไมเสถยร ดงภาพ จงสามารถสรปไดวา ความถทเปลยนแปลงไปมสาเหตมาจากประสทธภาพในการท างานของฮารดแวรทใชในการเกบคา

รปท 103 การแจงเตอนขณะโปรแกรมรบคาหยดการท างาน

อยางไรกตาม เมอพจารณาผลการทดลอง คา Force per Stroke กอนและหลงความถทปรากฎในกราฟ

เปลยนแปลงมคาใกลเคยงกนมาก คลาดเคลอนเพยงแค 3.62% ส าหรบแรงยก และ 0.21% ส าหรบแรงตาน ดงนนคาจากการทดลองในอโมงคลมจงสามารถเชอถอได

แรงขณะทความถตรงกน

(N) (4 Hz)

แรงขณะทความถไมตรงกน (N) (3.4 Hz)

% ความคลาดเคลอน

Lift 0.1469 0.1416 3.62%

Drag 1.6022 1.6055 0.21%

ตารางท 40 ตารางเปรยบเทยบแรงทเกดจากความผดพลาดของการเกบขอมล

114

ภาคผนวก ฉ การออกแบบชดจบยดและเครองมอวดแรง

ชดจบยดและเครองมอวดแบบท 1

รปท 104 ชดจบยดและเครองมอวดแบบท 1

ชดจบยดและเครองมอวดแบบท 1 ประกอบดวยโหลดเซลล 2 ตว เพอใชเกบคาแรงยกและใชเกบคาแรงตาน ซงตวออรนทอปเตอรจะถกยดโดยนอตขนาด M5 เขากบโหลดเซลลตวท 2

สาเหตทไมใชชดจบยดและเครองมอวดแบบท 1 เนองจากตวออรนทอปเตอรจะมเพยงจดเดยวทยดตดกบโหลดเซลล ซงจดนนจะรบแรงและโมเมนตในทกแกน ซงท าใหความเคนเกดมากทจดนนเพยงจดเดยว ทงยงมการสนตลอดเวลาขณะท าการทดลอง นอตทใชยดอาจเกดการคลายตว และเกดความเสยหายแกอปกรณ


115


ชดจบยดและเครองมอวดแบบท 2 นนแตกตางจากแบบท 1 โดยจะมโหลดเซลลตวท 3 ทใชในการเกบคา Pitching Moment เพมเขามา และมแผนอลมเนยมประกบสองขางของตวออรนทอปเตอร เพอยดตวออรนทอปเตอรใหเขากบเครองมอวดไดแนนมากยงขน กลาวคอ เมอมนอตตวหนงหลด ระบบการทดลองจะไมเกดความเสยหาย

สาเหตทไมใชชดจบยดและเครองมอวดแบบท 2 เนองจากโหลดเซลลทง 3 ตว อยฝงเดยวกน ท าใหการถอดประกอบท าไดยาก และโหลดเซลลทใชส าหรบวดโมเมนตนนอยหางจากตวออรนทอปเตอรมากเกนไปท าใหเกดการสนขณะท าการทดลอง



ชดจบยดและเครองมอวดแบบท 3 แตกตางจากแบบท 2 เพยงยายโหลดเซลลทใชวดคา Pitching Moment ไปไวอกดานเพอความสมดล ลดการสนระหวางการทดลอง

116

สาเหตทไมใชชดจบยดและเครองมอวดแบบท 3 เนองจากไมสามารถยดโหลดเซลลทใชวดคา Pitching Moment ไดแนนหนามากพอทจะไมท าใหตวออรนทอปเตอรขยบขณะท าการทดลอง ท าใหคาแรงยกและแรงตานทอานไดคลาดเคลอนจากความเปนจรง



ชดจบยดและเครองมอวดแบบท 4 จะคลายคลงกบแบบท 3 แตท าการตดโหลดเซลลทใชวดคา Pitching Moment ออกไป เพอท าใหการวดคาแรงยกและแรงตานมความแมนย ามากยงขน

117

ประวตนสต

ชอ-นามสกล นาย ภทรพงศ ผลพฤกษา เลขประจ าตวนสต 5501511143 ภาควชาวศวกรรม การบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร ทอยปจจบน 154 ซอย ลาดพราว 64 แยก 4 แขวงวงทองหลาง เขตวงทองหลาง กรงเทพฯ 10310 โทรศพทบาน 02 538 7947 โทรศพทเคลอนท 083 166 6155 E-mail [email protected] ระดบการศกษา : คณวฒการศกษา จากโรงเรยน/สถาบน ปทจบการศกษา มธยมศกษาตอนปลาย โรงเรยนก าแพงเพชรพทยาคม 2555 มธยมศกษาตอนตน โรงเรยนก าแพงเพชรพทยาคม 2552 ชอ-นามสกล นาย สรภพ ขตตโยทย เลขประจ าตวนสต 5501511464 ภาควชาวศวกรรม การบนและอวกาศ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร ทอยปจจบน 75/1 ถนนรชดาภเษกซอยรชดาภเษก33(เฉลมสข)แขวงลาดยาว เขตจตจกร กรงเทพฯ 10900 โทรศพทบาน 02 115 9020 โทรศพทเคลอนท 085 902 3388 E-mail [email protected] ระดบการศกษา : คณวฒการศกษา จากโรงเรยน/สถาบน ปทจบการศกษา มธยมศกษาตอนปลาย โรงเรยนอสสมชญ แผนกมธยม 2555 มธยมศกษาตอนตน โรงเรยนอสสมชญ แผนกมธยม 2552

Study the Effects of Wing Structures in Flapping Wings ...

Documents

Transcript of Study the Effects of Wing Structures in Flapping Wings ...