Hoofdstuk 5 / 5
Hoofdstuk 5 / 5

Sturen, Remmen en Stootduiken

Vleugel-morphing, roll-pitch-yaw en de slechtvalk

01

Visuele weergave

BOVENAANZICHT — MORPHING 30%ROL ↻STAMP ↕GIER ↔CG0% = gespreid (landing) · 100% = stootduik
02

Biologische & mechanische uitleg

Vogels hebben geen roeren of kleppen. Ze sturen door de vorm van hun vleugels en staart continu, vloeiend en asymmetrisch te veranderen.

  • Bocht: één vleugel licht invouwen of de invalshoek verschillend verdraaien → rolmoment.
  • Staart: werkt als horizontaal stabilo én remklep; gespreid geeft extra lift bij lage snelheid.
  • Landing: vleugels en staart maximaal gespreid, lichaam rechtop, alula uit — de vogel 'overtrekt' gecontroleerd vlak boven de tak.
  • Slechtvalk-stootduik: vleugels strak tegen het lichaam in een druppelvorm; snelheden boven 300 km/u.
  • Tijdens de duik beschermen knobbeltjes in de neusgaten (tuberkels) de longen tegen drukgolven.

Door de vleugels tijdens de duik millimeters te openen stuurt de valk met chirurgische precisie.

03

Corresponderende fysica & aerodynamica

Elke stuurbeweging is een moment rond één van de drie lichaamsassen ten opzichte van het zwaartepunt (Center of Gravity).

Luchtweerstand (remkracht)
F_d = ½·ρ·v²·C_d·A
A
— frontaal oppervlak (m²)
C_d
— ≈ 0,2 ingevouwen / ≈ 1,2 gespreid
Eindsnelheid (stootduik)
v_t = √( 2·m·g / (ρ·C_d·A) )
m
— massa (kg)
g
— 9,81 m/s²
Stuurmoment
M = F·r , ΔL_links ≠ ΔL_rechts → rol
r
— arm tot het zwaartepunt
M
— moment (Nm)
  • ▸Rol (roll, lengte-as): verschil in lift links/rechts.
  • ▸Stampen (pitch, dwarsas): staart omhoog/omlaag of vleugels naar voren/achteren schuiven (verplaatsing drukpunt t.o.v. zwaartepunt).
  • ▸Gieren (yaw, topas): asymmetrische weerstand, bijv. één vleugeltip spreiden.
◆ Interactief laboratorium
BOVENAANZICHT — MORPHING 30%ROL ↻STAMP ↕GIER ↔CG0% = gespreid (landing) · 100% = stootduik
C_d · A
0,90 · 0,090
Remkracht F_d
44,7 N
Eindsnelheid
48 km/u

Model: slechtvalk 0,9 kg.

04

Biomimetica: Engineering Blueprint

Vervang zware scharnieren door kunstmatige spieren en pezen: de vleugel vervormt naadloos, net als bij de vogel.

SMA-draad (Nitinol)
Dynalloy Flexinol Ø 0,15 mm, 4% contractie, 230 MPa
Kunstmatige spier voor invouwen
Tendon-driven Dyneema-pezen
Ø 0,3 mm, breeksterkte 90 N
Krachtoverbrenging naar polsgewricht
Micro-harmonic drive
Harmonic Drive CSF-5, 1:50, nul speling
Precieze schouderzwaai (sweep)
Overlappende kunstveren
Carbon/glas-veren op elastische band
Morphing-huid (PigeonBot-principe)
Solid-state LiDAR
Benewake TF-Luna, 0,2–8 m
Afstand tot landingsplek
Flight controller
Pixhawk 6C mini / ArduPilot
Sensorfusie (EKF3) en mixer
Bouwprocedure
  1. 1Laat SMA-draden via MOSFET-PWM opwarmen (Joule) → samentrekken; afkoelen met de rijwind.
  2. 2Koppel elke draad antagonistisch met een veer of tweede SMA voor terugkeer.
  3. 3Map de stick-inputs naar morph-commando's: rol = asymmetrisch invouwen, gier = tip-spreiding.
  4. 4Gebruik LiDAR voor de laatste 2 m: spreid staart en vleugels, open alula en verhoog α naar 30°.
Bidden en de Achtvormige SlagTerug naar overzicht