Dissertação

{en_GB=Design and Development of a Hybrid Electric Propulsion System for Unmanned Aerial Vehicles} {} EVALUATED

{pt=Num contexto de aumento do preço dos combustíveis e de uma consciência ambiental cada vez maior, a indústria da aviação procura encontrar alternativas aos sistemas convencionais de propulsão movidos a combustíveis fósseis. Como a propulsão totalmente elétrica ainda é insuficiente no que diz respeito à autonomia, os sistemas de propulsão híbrida-elétrica apresentam-se como uma alternativa interessante. Estes oferecem vantagens em relação aos sistemas convencionais, nomeadamente uma maior eficiência energética, maior autonomia, redução de assinaturas térmicas e sonoras, além de abrir portas para inovadoras arquiteturas através de propulsão distribuída. Adicionalmente, a sua multiplicidade de modos de funcionamento oferece ao sistema uma maior versatilidade e redundância. No entanto, esta é uma área de investigação recente no sector da aviação, com um amplo universo de possibilidades ainda por explorar, principalmente no domínio dos métodos de controlo. Nesse sentido, esta tese pretende abordar essas possibilidades, concebendo, construindo e testando um protótipo de um sistema de propulsão híbrida-elétrica, em configuração paralela, para um veículo aéreo não tripulado. Como é usual nestes projetos, os estudos desenvolvidos com modelos de escala reduzida podem ser considerados como uma plataforma que permite extrapolações para aplicações de maior dimensão. Este documento aborda o projecto mecânico e a instrumentação de uma bancada de testes, incluindo o desenvolvimento de um sistema automatizado de aquisição de dados e controlo dos testes, e o projeto de um controlador do tipo rule-based baseado na linha de operação ideal. O sistema desenvolvido possui um motor de combustão interna de 2,3kW e um motor elétrico de 1kW. , en=Against a background of rising fuel prices and an ever-increasing environmental concern, the aviation industry urges to find alternatives to conventional fossil fuelled powered propulsion systems. As fully-electric propulsion still falls short as far as operating range is concerned, hybrid-electric propulsion systems arise as an interesting alternative. This concept offers advantages over these conventional systems such as increased fuel efficiency, longer endurance, a reduction in undesirable thermal and noise signatures as well as opening the door to innovative architectures through distributed propulsion. Furthermore, its variety of operating modes offer the vehicle increased versatility and redundancy. However, this is a relatively new research area in the aviation industry with a wide range of possibilities yet to be discovered, mainly on the control methods domain. This way, this thesis strives to explore those possibilities by fully designing, building and testing a prototype parallel hybrid-electric propulsion system for a small Unmanned Aerial Vehicle (UAV). As is common in these projects, small scale studies can be regarded as a stepping stone to large aircraft applications. This document addresses the thorough mechanical design and instrumentation of a test bench, including the development of an automated data acquisition and test control system, using National Instruments LabVIEW, and the design of a rule-based controller based on the ideal operating line concept for the control of the powerplant. It features a 2.3kW internal combustion engine (35cc gasoline two-stroke) and 1kW brushless electric motor. These components were chosen to be representative of those typically found in a small UAV.}
{pt=propulsão híbrida-eléctrica, veículos aéreos não tripulados, controlador do tipo rule-based, configuração paralela, propulsão energeticamente eficiente, en=hybrid-electric propulsion, unmanned aerial vehicles, rule-based controller, parallel configuration, energy efficient propulsion}

Maio 20, 2019, 17:0

Orientação

ORIENTADOR

Afzal Suleman

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado