Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Coelho, Vasco
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.26/40435
Resumo: ALF/ENGAER 139424-L Vasco Luís Martins Ferreira Coelho. Examination Committee: Chairperson: BGEN/EngEl 119923-E Rui Fernando da Costa Ferreira; Supervisor: MAJ/EngAer 131603-G Joao Vítor Aguiar Vieira Caetano, Dr. Frederico José Prata Rente Reis Afonso; Member of the Committee: Prof. Dr. Afzal Suleman
id RCAP_dce55f2fd19550f84804f44994b098a6
oai_identifier_str oai:comum.rcaap.pt:10400.26/40435
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilitiesAerodinâmicaCélula de combustívelDescolagem e aterragem verticalHidrogénioMecânica de fluidos computacionalVeículo Aéreo Não TripuladoAerodynamicsComputational fluid dynamicsFuel cellHydrogenUnmanned Aerial VehicleVertical take-off and landingALF/ENGAER 139424-L Vasco Luís Martins Ferreira Coelho. Examination Committee: Chairperson: BGEN/EngEl 119923-E Rui Fernando da Costa Ferreira; Supervisor: MAJ/EngAer 131603-G Joao Vítor Aguiar Vieira Caetano, Dr. Frederico José Prata Rente Reis Afonso; Member of the Committee: Prof. Dr. Afzal SulemanEsta tese está integrada num projeto de desenvolvimento de um veículo aéreo não tripulado capaz de efetuar descolagem e aterragem vertical, e tendo hidrogénio como principal fonte de energia utilizando para tal uma célula de combustível. A dissertação foca-se nas fases de desenvolvimento preliminar e detalhada no que diz respeito a estudos aerodinâmicos e desempenho em voo. A fase preliminar abrange a conceção da asa e da cauda, recorrendo ao software XFLR5, em conjunto com uma estimativa da resistência aerodinâmica total da aeronave, recorrendo a expressões semi-empíricas. Para a análise detalhada, foi utilizado o software de mecânica de fluidos computacional Fluent. A escolha do modelo de turbulência SST, em conjunto com o modelo de transição y_Re0 , é validada pelas simulação 2D do perfil SG6042, apresentando resultados consistentes com os dados experimentais. A polar aerodinâmica da asa é obtida através da simulações 3D da mesma para vários ângulos de ataque. Por forma a melhorar as propriedades aerodinâmicas da asa, foi aplicada torção à ponta da asa, movendo a região inicial da perda da ponta da asa para a raiz. O impacto do sistema de propulsão vertical na resistência aerodinâmica em voo cruzeiro é avaliado através da realização de testes em túnel de vento e simulações em Fluent. Simulações de toda a aeronave concluem que, dependendo do alinhamento dos rotores, a resistência aerodinâmica da aeronave varia entre 16.32 e 19.22 N para voo cruzeiro, resultando num tempo total de voo entre 3H05 e 3H25.This thesis is part of a project to design an unmanned aerial vehicle capable of performing vertical take-off and landing, and having hydrogen as its main energy source by using a fuel cell. The present dissertation is focused on the preliminary and detailed design phases regarding aerodynamics and flight performance studies. The preliminary phase encompasses the wing and tail design, with the aid of XFLR5, together with an estimate of the total aircraft drag by resorting to semi-empirical expressions. A longitudinal static stability analysis is conducted, and the unmanned aerial vehicle characteristics are presented after the preliminary phase of the project. For the detailed analysis, Fluent was chosen as the computational fluid dynamics software to be used. 2D simulation over the SG6042 wing airfoil validated the choice of the SST turbulence model, coupled with the y_ Re0 transition model, as the results were consistent with experimental data. The drag polar of the wing is obtained by simulating the 3D wing at various angles of attack. To enhance the wing aerodynamic properties, twist was given to the wingtip, moving the stall region from the wingtip to the root. The impact of the vertical propulsion system on the drag at cruise is assessed by performing wind tunnel tests and simulations on Fluent. Simulations of the entire aircraft conclude that, depending on the stopping position of the rotors, the drag of the aircraft varies between 16.32 and 19.22 N for cruise, which results in a total flight time between 3H05 and 3H25.Academia da Força AéreaRepositório ComumCoelho, Vasco2022-05-06T13:27:46Z2021-12-01T00:00:00Z2021-12-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.26/40435enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2022-09-20T15:06:00Zoai:comum.rcaap.pt:10400.26/40435Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T15:50:18.067736Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities
title Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities
spellingShingle Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities
Coelho, Vasco
Aerodinâmica
Célula de combustível
Descolagem e aterragem vertical
Hidrogénio
Mecânica de fluidos computacional
Veículo Aéreo Não Tripulado
Aerodynamics
Computational fluid dynamics
Fuel cell
Hydrogen
Unmanned Aerial Vehicle
Vertical take-off and landing
title_short Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities
title_full Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities
title_fullStr Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities
title_full_unstemmed Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities
title_sort Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilities
author Coelho, Vasco
author_facet Coelho, Vasco
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Repositório Comum
dc.contributor.author.fl_str_mv Coelho, Vasco
dc.subject.por.fl_str_mv Aerodinâmica
Célula de combustível
Descolagem e aterragem vertical
Hidrogénio
Mecânica de fluidos computacional
Veículo Aéreo Não Tripulado
Aerodynamics
Computational fluid dynamics
Fuel cell
Hydrogen
Unmanned Aerial Vehicle
Vertical take-off and landing
topic Aerodinâmica
Célula de combustível
Descolagem e aterragem vertical
Hidrogénio
Mecânica de fluidos computacional
Veículo Aéreo Não Tripulado
Aerodynamics
Computational fluid dynamics
Fuel cell
Hydrogen
Unmanned Aerial Vehicle
Vertical take-off and landing
description ALF/ENGAER 139424-L Vasco Luís Martins Ferreira Coelho. Examination Committee: Chairperson: BGEN/EngEl 119923-E Rui Fernando da Costa Ferreira; Supervisor: MAJ/EngAer 131603-G Joao Vítor Aguiar Vieira Caetano, Dr. Frederico José Prata Rente Reis Afonso; Member of the Committee: Prof. Dr. Afzal Suleman
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-12-01T00:00:00Z
2021-12-01T00:00:00Z
2022-05-06T13:27:46Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10400.26/40435
url http://hdl.handle.net/10400.26/40435
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Academia da Força Aérea
publisher.none.fl_str_mv Academia da Força Aérea
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799130366883135488

Registros relacionados