شبيه‌سازي و تحليل آزمايشگاهي سيستم جاذب گردابه‌اي براي ربات‌هاي ديوار نورد

مهندسی مکانیک مدرس

دوره 14 - شماره 9

نوع مقاله: Original Article
چكيده:
در اين مقاله يك نوع سيستم جاذب براي ربات هاي ديوار نورد، كه به جاذب ورتكسي معروف مي باشد، بصورت تحليلي، عددي و آزمايشگاهي مورد مطالعه قرار گرفته است. سيستم جاذب ورتكسي شامل محفظه جاذب، پروانه و موتور محرك مي باشد كه ورتكس درون اين جاذب، با استفاده از پروانه (فن سانتريفوژ) توليد مي شود. بارزترين ويژگي اين سيستم جاذب، محصور بودن جريان سيال درون آن مي باشد كه اين طراحي باعث افزايش نيروي جاذبه و كاهش توان مصرفي موتور مي شود. در ابتدا، يك سيستم جاذب مجهز به تجهيزات اندازه گيري ميدان فشار، دور و توان ورودي ساخته شده و تاثير پارامترهاي مختلف روي نيروي جاذبه توليدي، اندازه گيري و تحليل شده است. شبيه سازي عددي سيستم جاذب با استفاده از نرم افزار CFX انجام و نتايج حل، از طريق استقلال حل از شبكه و مقايسه با نتايج آزمايشگاهي راست آزمايي شده است. در ادامه مطالعه تحليلي اين سيستم با استفاده از مدل ورتكس رنكين انجام شده است. در بخش آزمايشگاهي مشاهده شد كه با افزايش فاصله جاذب از سطح، توان مصرفي افزايش مي يابد. نتايج تحليل جريان با استفاده از ورتكس رنكين نيز نشان مي دهد كه نيرو و فشار، هر دو با مربع سرعت دوراني پروانه، رابطه مستقيم دارند.
Numerical and Experimental Analysis of a Suction Cup Vortex Attractor Used in Wall Climbing Robots
Article Type: Original Article
Abstract:
In this work, adhesion system for wall climbing robots, known as "vortex attractor", has been studied analytically, numerically and experimentally. Vortex attractor system consists of the following components: vortex cup, centrifugal fan and an electrical motor. In this design, vortex flow which is generated at the fan impeller eye produces a considerable suction pressure. Knowing this fact that the air flow is trapped inside the cup, the suction force increases and also power consumption is reduced. Firstly, an attractor system is manufactured considering necessary measurement facilities. The effect of different parameters such as rotational speed and gap between system and surface on system performance is investigated. Numerical simulation of vortex attractor system is performed using CFX software. The numerical results were verified through grid independency and validated with comparison with those obtained from measurements. In the next step analytical study is carried out using Rankine vortex. Experimental results show that as gap increases, power consumption increases. In the case of vortex attractor stick to surface, repulsive force is observed. Analytical results show that generated force and pressure are proportional to square of rotational speed.