Hoofdstuk 2 / 5
De Slagvlucht
Power stroke, recovery stroke en actieve voortstuwing
01
Visuele weergave
02
Biologische & mechanische uitleg
Bij de slagvlucht zijn de vleugels tegelijk draagvlak en propeller. Een slagcyclus bestaat uit twee fundamenteel verschillende fases.
- Neergaande slag (power stroke): de vleugel is volledig gestrekt, de veren sluiten aaneen tot één luchtdicht vlak. De m. pectoralis (tot 25% van het lichaamsgewicht) levert de kracht.
- De handvleugel beweegt naar voren-onder; de resulterende kracht wijst schuin naar voren: lift én stuwkracht.
- Opgaande slag (recovery stroke): de vleugel buigt bij pols en elleboog, de primaries draaien open als lamellen zodat lucht er doorheen glipt.
- De m. supracoracoideus heft de vleugel via een 'katrol' (het foramen triosseum) — een biologische kabeltrek.
- Pezen en ligamenten slaan elastische energie op aan het einde van elke slag.
Duiven slaan circa 5–7 keer per seconde; kleine zangvogels tot 20 keer.
03
Corresponderende fysica & aerodynamica
Efficiënte flappende vliegers — van insect tot walvis — opereren binnen een smal bereik van het Strouhal-getal.
Strouhal-getal
St = f·A / U
- f
- — slagfrequentie (Hz)
- A
- — piek-tot-piek uitslag van de vleugeltip (m)
- U
- — voorwaartse snelheid (m/s)
Resulterende aerodynamische kracht
F⃗ = L⃗ + T⃗ , T = F·sin(θ)
- L
- — lift ⟂ op relatieve wind
- T
- — stuwkracht (thrust)
- θ
- — kantelhoek van de krachtvector naar voren
Parasitaire weerstand
D_p = ½·ρ·v²·S_ref·C_d
- C_d
- — weerstandscoëfficiënt
- S_ref
- — frontaal referentie-oppervlak
- ▸Optimaal: 0,2 < St < 0,4 — hier is de wervelstraat achter de vleugel het meest stuwkracht-efficiënt.
- ▸Het invouwen tijdens de opslag verlaagt C_d en voorkomt negatieve lift.
- ▸Een gestroomlijnd lichaam en ingetrokken poten reduceren D_p met tot 40%.
◆ Interactief laboratorium
00,2–0,4 optimaal1,0
Strouhal St
0,225
Beoordeling
Efficiënt
04
Biomimetica: Engineering Blueprint
Zet de continue rotatie van een motor om in een heen-en-weergaande slag via een vierstangenmechanisme, en vang de kinetische energie op aan het einde van de slag.
Hoogkoppel BLDC (outrunner)
T-Motor F40 Pro IV, 2300 KV, 31 g
Hoofdaandrijving van de slag
Planetaire reductie
1:20, POM/stalen tandwielen
Koppelvergroting naar 4–8 Hz slag
Titanium four-bar linkage
Ti-6Al-4V, SLM-geprint, 4 g
Kruk-drijfstang → symmetrische slag ±40°
Torsieveren (energieterugwinning)
Verenstaal, k ≈ 0,02 Nm/rad
Remt vleugel af en geeft energie terug
ESC met FOC
VESC 6 mini / BLHeli_32
Soepele koppelregeling per slagfase
Magnetische encoder
AS5600, 12-bit
Absolute slaghoek voor fase-synchronisatie
Bouwprocedure
- 1Bereken de kruklengte: r = l_arm · sin(½·slaghoek).
- 2Plaats de twee drijfstangen in fase voor een symmetrische links/rechts-slag.
- 3Voeg een passieve 'fold'-scharnier in de pols toe met een veer die alleen in de opslag knikt.
- 4Regel f zo dat St ≈ 0,3 bij kruissnelheid (feed-forward op basis van pitot-data).