How Ornithopters Fly - Calculation Tools

Prévia do material em texto

19/09/2016 How Ornithopters Fly ­ Calculation Tools
http://www.ornithopter.de/english/calculation.htm 1/2
Cover picture of the handbook
Force progression
in principle
Force calculation scheme for
flapping wings
Calculation tools 
for ornithopter models
There is no common calculation method for flapping wings. In
every source of information different methods are being
described.
All Orni calculation tools given below are based on the
calculation method specified in the handbook „How
Ornithopters Fly“. Particularly, the power and the twisting of
the wing at stationary flight situations can determinate with it.
Furthermore, the calculation method permits an approximate
quantitative specification of dynamics and aerodynamics of
profiled flapping wings, at least. Primarily, the numerical
comparison of various factors influencing of flapping wings.
Profiled flapping wings and quasi­stationary flow conditions are
presumed. Therefore, calculations only lead to useful results for
a fast forward flight with a relatively low flapping frequency (large birds, flying with lift).
The mathematical models are only executable with the respective software applications.
„Orni 1“
Simple calculation tool 
to describe the wing twisting
The equations of the handbook are used in a small MS­EXCEL calculation tool:
Download Orni 1 (format xls, with a short instruction in English rel. 3.4, 0.2 MB)
Download Orni 1 (format xlsx, with a short instruction in English rel. 3.4, 0.1 MB)
This tool primarily allows the calculation of wing twisting at given wing data.
The additional calculation of data of the
flying model is highly simplified. The
detailed calculation of the force progression
during a flapping cycle has been replaced
by assuming a sinusoidal progression of the
force. Thereby coupling of stroke motion
and twisting remains unconsidered. Only
the reference line (as gliding flight) and the
amplitude of the sine half­wave (in the
center of each wing stroke) are calculated.
With that, the area under the curve progression or the size of a force is
calculable.
„Orni 2“
Calculation method for ornithopter models
The basic calculation method of the handbook „How Ornithopters Fly“ is reconstructed step by step.
Many of the itemised equations are generated with accompanying text, diagrams and pictures.
The abidance of the operational range of the lift coefficient of the used airfoil is automatically warranted
in the calculation tool. Also, the setting of balance of forces during flight happens in a simple way.
Therefore, one can certainly achieve the flight data of the chosen model configuration.
For the construction of a flapping wing model the calculation method describes various force and
moment developments at the wing. Furthermore, the required power and ­ above all ­ the wing twisting
along the span are being calculated.
http://www.ornithopter.de/grafik/rechnung/titelbild.jpg
http://www.ornithopter.de/english/images/calculation/principle.gif
http://www.ornithopter.de/english/images/calculation/calculation.gif
http://www.ornithopter.de/english/handbook.htm
http://www.ornithopter.de/english/principle.htm#strong
http://www.ornithopter.de/english/data/orni1_en.xls
http://www.ornithopter.de/english/data/orni1_en.xlsx
http://www.ornithopter.de/english/images/calculation/sinusoidal.gif
http://www.ornithopter.de/english/handbook.htm
19/09/2016 How Ornithopters Fly ­ Calculation Tools
http://www.ornithopter.de/english/calculation.htm 2/2
Web Page
for taking a look
PDF file
for printing
Spreadsheet
for Mathcad­user
Orni2
rel. 3.3
orni2.htm
1.7 MB
orni2.pdf
317 KB
orni2.xmcdz
1.8 MB
Airfoil CLARK­Y
rel. 1.2
clark_y.htm
270 KB
clark_y.pdf
56 KB
clark_y.xmcdz
257 KB
Airfoil SD7062­PT sd7062pt.htm
320 KB
sd7062pt.pdf
60 KB
sd7062pt.xmcdz
320 KB
Crank drive k_antrieb.htm
450 KB
k_antrieb.pdf
110 KB
k_antrieb.xmcdz
500 KB
Web Page
for taking a look
PDF file
for printing
Spreadsheet
for Mathcad­user
Orni3
rel. 1.3
orni3.htm
665 KB
orni3.pdf
130 KB
orni3.xmcdz
667 KB
(use airfoil programs above­
mentioned)
The calculation tool was written (in German) with the software „Mathcad“. 
Because of the volume of data and pages it requires a little familiarisation.
„Orni 3“
Mathematical model for ornithopters
This tool is based on the calculation tool Orni 2. Here, gliding and power flights of a flapping wing
model can be analysed singly and in series.
To calculate an ornithopter model it is specified by diverse input parameters at first. One of these is
defined as an area variable. In the chosen data area one then receives the data of flight and drive, while
automatically keeping the data of the airfoil and the balance of forces.
Since there are only a few specifications included, the calculation tool Orni 2 beforehand should be
known.
The calculation tool was written with the software „Mathcad“ (in German).
The here listed calculation tools are too understood as open source software.
Therefore, everybody is enabled to take an insight look in the calculation method.
Everyone has the permission to relay, vary and particularly to correct and improve
this source code.
Comparison of the transport performance of a
swan
with flying models
The flight performance of a mute swan is compared with the performances of a propeller and a flapping
wing model.
Download comparison.xlsx   (Excel table, 28 kB)
The mute swan consume the most energy. Particularly, this is due to the small efficiency of the muscles.
Instead, the swan has the advantage that his body fat provides a relatively high density of energy storage.
In the calculation tools flapping wing models are a little bit more effective than propeller models.
Also the flapping wing model of the handbook is compared with an according propeller model.
http://www.ornithopter.de/orni2.htm
http://www.ornithopter.de/daten/orni/orni2.pdf
http://www.ornithopter.de/daten/orni/orni2.xmcdz
http://www.ornithopter.de/clark_y.htm
http://www.ornithopter.de/daten/orni/clark_y.pdf
http://www.ornithopter.de/daten/orni/clark_y.xmcdz
http://www.ornithopter.de/sd7062pt.htm
http://www.ornithopter.de/daten/orni/sd7062pt.pdf
http://www.ornithopter.de/daten/orni/sd7062pt.xmcdz
http://www.ornithopter.de/k_antrieb.htm
http://www.ornithopter.de/daten/orni/k_antrieb.pdf
http://www.ornithopter.de/daten/orni/k_antrieb.xmcdz
http://www.ornithopter.de/orni3.htm
http://www.ornithopter.de/daten/orni/orni3.pdf
http://www.ornithopter.de/daten/orni/orni3.xmcdz
http://www.ornithopter.de/english/data/comparison.xlsx