Naziv projekta:

Napredna propulzija mahokrilne mikro-letjelice

Prijavitelj:

Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveučilište u Zagrebu

Partner:

Centar za transfer tehnologije d.o.o.

Nadležno tijelo:

Ministarstvo znanosti, obrazovanja i mladih

Provedbeno tijelo:

Hrvatska agencija za malo gospodarstvo, inovacije i investicije

Program financiranja:

Nacionalni plan oporavka i otpornosti 2021.-2026. (NPOO)

Naziv poziva:

Dokazivanje inovativnog koncepta - Treći Poziv

Broj ugovora:

NPOO.C3.2.R3-I1.06.0169

Vrijednost projekta:

49.915,53 €

Opis projekta

Primarni cilj projekta je razviti prototip besposadne letjelice malih dimenzija zasnovane na biološki-inspiriranoj mahokrilnoj propulziji, te validirati performanse prototipa u laboratorijskom okruženju. Planirane projektne aktivnosti predstavljaju nastavak dosad provedenih teorijsko-numeričkih istraživanja i eksperimenata u područjima mahokrilne robotike i istraživanja svemira. Konkretno, inovativnost predloženog koncepta oslanja se na stečena iskustva i rezultate ostvarene tijekom provođenja srodnih znanstveno-istraživačkih aktivnosti financiranih od Europske svemirske agencije: Flapping Flight on Mars and Venus (2021. - 2022.) i Flapping Wing Vehicle for Mars Atmospheric Flight (2024. - 2026.). Drugim riječima, projekt je usmjeren na praktičnu primjenu stečenih znanja, razvijenih matematičkih modela i optimizacijskih algoritama, te prilagodbu i prijenos odgovarajućih svemirskih tehnologija u komercijalni sektor.

Inovativnost koncepta

Projekt na potpuno nov i inovativan način pristupa rješavanju ključnih problema minijaturizacije besposadnih sustava i implementacije fundamentalnih principa mahokrilne propulzije. Konkretno, projekt je usmjeren na razvoj sofisticiranog sustava pasivne dinamike, odnosno na razvoj originalnih konfiguracija elastičnih elemenata zgloba i same konstrukcije krila u svrhu značajnog povećanja energetske efikasnosti, cjelokupnih aerodinamičkih performansi te konstrukcijske robusnosti. Pored toga, važan dio inovativnosti koncepta predstavljaju kompleksne morfološke (i mehaničke) karakteristike aerodinamičkih površina, postupak njihove proizvodnje i posljedično bitno poboljšane performansi letjelice. Također, inovativnost konfiguracije propulzijskog mehanizma i topologije nosive konstrukcije letjelice osigurat će značajno viši stupanj stabilnosti i omogućiti bolju upravljivost mahokrilnom letjelicom. Konačno, optimizacija kinematike mahanja s ciljem učinkovitog iskorištavanja nestacionarnih vrtloženja u ambientalnom fluidu, i na samom krilu, omogućit će bitno smanjenje disipacije energije i time višestruko produljiti trajanje leta bez punjenja baterije.

Prednosti mahokrilne propulzije

Agilnost i upravljivost

U usporedbi s konvencionalnim rješenjima, mahokrilna propulzija omogućava viši stupanj stabilnosti, kompleksnije manevre i precizno praćenje složenih putanja leta, te brzu prilagodbu na nepredvidljive okolnosti unutar dinamičnog okruženja. Navedene prednosti preduvjet su primjeni u različitim zadaćama kao što su let u šumi, mapiranje zatvorenih stambenih prostora ili inspekcija industrijskih postrojenja.

Konstrukcijska robusnost

Elastičnost krila i sposobnost reaktivne prilagode obrasca mahanja omogućavaju učinkovitu apsorpciju i distribuciju opterećenja, smanjujući tako koncentraciju naprezanja koja bi u suprotnom rezultirala zamorom materijala ili drugim oblikom oštećenjima. Navedena svojstva omogućavaju mahokrilnim letjelicama da uspješno nastave s letom nakon kolizije ili nakon pada. Također, mahokrilne letjelice zbog svoje konstrukcijske robusnosti mogu i pored ozbiljnih oštećenja krila, ili drugih dijelova propulzijskog mehanizma, nastaviti stabilno letjeti. Konačno, elastičnost krila moguće je iskoristiti za pohranu energije mahanja, što dodatno pospješuje energetsku učinkovitost mahokrilnih sustava.

Otpornost na vanjske poremećaje

Mahokrilna propulzija, za razliku od konvencionalnih rješenja, pruža letjelici mogućnost brze reakcije na vanjske poremećaje poput bočnog udara vjetra ili drugih turbulentnih strujanja. Drugim riječima, mahokrilne letjelice mogu prilagodbom frekvencije i amplitude mahanja, ili prilagodbom putanje krila, brzo odgovoriti na takve iznenadne promjene i time očuvati stabilnost letjelice.

Niža razina buke

Višerotorske letjelice proizvode visoke razine buke i invazivan akustični trag što otežava primjenu takvih sustava u brojnim zadaćama. Nasuprot tome, mahokrilne letjelice proizvode manje buke i puno prirodniji akustični trag, čime je omogućena primjena u različitim zadaćama u kojima je akustična prikrivenost od ključnog značaja (primjerice, let u naseljenim područjima ili nadzor životinjskih vrsta).

Energetska učinkovitost

Energetska učinkovitost manjih letjelica s konvencionalnom propulzijom, zbog specifične fizike leta te povećanih gubitaka u propulzijskom sustavu, značajno je narušena. S druge strane, brojni biološki sustavi, ptice i kukci, na takvim dimenzijama ostvaruju iznimnu energetsku učinkovitost oslanjajući se na različite aerodinamičke fenomene, svojstvene isključivo mahokrilnoj propulziji.

Projektno-istraživački tim

VODITELJ PROJEKTA:

  • prof. dr. sc. Zdravko Terze (FSB)

ČLANOVI:

  • izv. prof. dr. sc. Dario Zlatar (FSB)

  • dr. sc. Marijan Andrić (FSB)

  • dr. sc. Marko Kasalo (FSB)

  • dr. sc. Tamara Aleksandrov Fabijanić (CTT)

  • Matej Horvat, bacc. oec. i mag. rel. publ. (CTT)

Naziv projekta:

Napredna propulzija

mahokrilne mikro-letjelice

Prijavitelj:

Fakultet strojarstva i brodogradnje

Sveučilište u Zagrebu

Partner:

Centar za transfer tehnologije d.o.o.

Nadležno tijelo:

Ministarstvo znanosti, obrazovanja i mladih

Provedbeno tijelo:

Hrvatska agencija za malo gospodarstvo, inovacije i investicije

Program financiranja:

Nacionalni plan oporavka i otpornosti 2021.-2026. (NPOO)

Naziv poziva:

Dokazivanje inovativnog koncepta - Treći Poziv

Broj ugovora:

NPOO.C3.2.R3-I1.06.0169

Vrijednost projekta:

49.915,53 €

Opis projekta

Primarni cilj projekta je razviti prototip besposadne letjelice malih dimenzija zasnovane na biološki-inspiriranoj mahokrilnoj propulziji, te validirati performanse prototipa u laboratorijskom okruženju. Planirane projektne aktivnosti predstavljaju nastavak dosad provedenih teorijsko-numeričkih istraživanja i eksperimenata u područjima mahokrilne robotike i istraživanja svemira. Konkretno, inovativnost predloženog koncepta oslanja se na stečena iskustva i rezultate ostvarene tijekom provođenja srodnih znanstveno-istraživačkih aktivnosti financiranih od Europske svemirske agencije: Flapping Flight on Mars and Venus (2021. - 2022.) i Flapping Wing Vehicle for Mars Atmospheric Flight (2024. - 2026.). Drugim riječima, projekt je usmjeren na praktičnu primjenu stečenih znanja, razvijenih matematičkih modela i optimizacijskih algoritama, te prilagodbu i prijenos odgovarajućih svemirskih tehnologija u komercijalni sektor.

Inovativnost koncepta

Projekt na potpuno nov i inovativan način pristupa rješavanju ključnih problema minijaturizacije besposadnih sustava i implementacije fundamentalnih principa mahokrilne propulzije. Konkretno, projekt je usmjeren na razvoj sofisticiranog sustava pasivne dinamike, odnosno na razvoj originalnih konfiguracija elastičnih elemenata zgloba i same konstrukcije krila u svrhu značajnog povećanja energetske efikasnosti, cjelokupnih aerodinamičkih performansi te konstrukcijske robusnosti. Pored toga, važan dio inovativnosti koncepta predstavljaju kompleksne morfološke (i mehaničke) karakteristike aerodinamičkih površina, postupak njihove proizvodnje i posljedično bitno poboljšane performansi letjelice. Također, inovativnost konfiguracije propulzijskog mehanizma i topologije nosive konstrukcije letjelice osigurat će značajno viši stupanj stabilnosti i omogućiti bolju upravljivost mahokrilnom letjelicom. Konačno, optimizacija kinematike mahanja s ciljem učinkovitog iskorištavanja nestacionarnih vrtloženja u ambientalnom fluidu, i na samom krilu, omogućit će bitno smanjenje disipacije energije i time višestruko produljiti trajanje leta bez punjenja baterije.

Prednosti mahokrilne propulzije

Agilnost i upravljivost

U usporedbi s konvencionalnim rješenjima, mahokrilna propulzija omogućava viši stupanj stabilnosti, kompleksnije manevre i precizno praćenje složenih putanja leta, te brzu prilagodbu na nepredvidljive okolnosti unutar dinamičnog okruženja. Navedene prednosti preduvjet su primjeni u različitim zadaćama kao što su let u šumi, mapiranje zatvorenih stambenih prostora ili inspekcija industrijskih postrojenja.

Konstrukcijska robusnost

Elastičnost krila i sposobnost reaktivne prilagode obrasca mahanja omogućavaju učinkovitu apsorpciju i distribuciju opterećenja, smanjujući tako koncentraciju naprezanja koja bi u suprotnom rezultirala zamorom materijala ili drugim oblikom oštećenjima. Navedena svojstva omogućavaju mahokrilnim letjelicama da uspješno nastave s letom nakon kolizije ili nakon pada. Također, mahokrilne letjelice zbog svoje konstrukcijske robusnosti mogu i pored ozbiljnih oštećenja krila, ili drugih dijelova propulzijskog mehanizma, nastaviti stabilno letjeti. Konačno, elastičnost krila moguće je iskoristiti za pohranu energije mahanja, što dodatno pospješuje energetsku učinkovitost mahokrilnih sustava.

Otpornost na vanjske poremećaje

Mahokrilna propulzija, za razliku od konvencionalnih rješenja, pruža letjelici mogućnost brze reakcije na vanjske poremećaje poput bočnog udara vjetra ili drugih turbulentnih strujanja. Drugim riječima, mahokrilne letjelice mogu prilagodbom frekvencije i amplitude mahanja, ili prilagodbom putanje krila, brzo odgovoriti na takve iznenadne promjene i time očuvati stabilnost letjelice.

Niža razina buke

Višerotorske letjelice proizvode visoke razine buke i invazivan akustični trag što otežava primjenu takvih sustava u brojnim zadaćama. Nasuprot tome, mahokrilne letjelice proizvode manje buke i puno prirodniji akustični trag, čime je omogućena primjena u različitim zadaćama u kojima je akustična prikrivenost od ključnog značaja (primjerice, let u naseljenim područjima ili nadzor životinjskih vrsta).

Energetska učinkovitost

Energetska učinkovitost manjih letjelica s konvencionalnom propulzijom, zbog specifične fizike leta te povećanih gubitaka u propulzijskom sustavu, značajno je narušena. S druge strane, brojni biološki sustavi, ptice i kukci, na takvim dimenzijama ostvaruju iznimnu energetsku učinkovitost oslanjajući se na različite aerodinamičke fenomene, svojstvene isključivo mahokrilnoj propulziji.

Projektno-istraživački tim

VODITELJ PROJEKTA:

  • prof. dr. sc. Zdravko Terze (FSB)

ČLANOVI:

  • izv. prof. dr. sc. Dario Zlatar (FSB)

  • dr. sc. Marijan Andrić (FSB)

  • dr. sc. Marko Kasalo (FSB)

  • dr. sc. Tamara Aleksandrov Fabijanić (CTT)

  • Matej Horvat, bacc. oec. i mag. rel. publ. (CTT)