Dissertação

{pt_PT=Structural analysis and optimization of a UAV wing} {} EVALUATED

{pt=O uso de veículos não tripulados, conhecidos como UAVs, são extremamente úteis em missões ambientais. Uma vez que são controlados à distância, apresentando uma boa autonomia, agilidade e segurança, este tipo de veículos vêm acrescentar uma eficácia nos resultados deste tipo de missões. Os materiais compósitos desempenham um papel importante na estrutura destes veículos, sendo a otimização estrutural uma necessidade constante, nomeadamente das asas. Este trabalho foi desenvolvido juntamente com a empresa “UAVision”, fazendo-se a análise estrutural e otimização topológica da asa de um dos seu UAVs. O objetivo principal deste trabalho é a utilização do “direct multisearch” (DMS), de modo a minimizar a deflexão máxima da asa e a sua massa, com o intuito de melhorar a estabilidade de voo e a autonomia do veículo, respetivamente. O método DMS usa o conceito de “dominância de Pareto” para definir a lista de pontos não dominados, de onde as novas iterações são escolhidas. Utilizando o software comercial ANSYS Mechanical APDL 18.1 foi criado um modelo em 3D da asa, com base nas dimensões da atualmente comercializada (modelo Solidworks, cortesia de “UAVision”). Foi feita uma análise aerodinâmica assumindo condições de voo estacionário, utilizando o software XFLR5, de modo a obter o perfil de forças aplicadas na asa. Para a otimização topológica, foi utilizado o software MATLAB R2015a (usando o DMS). Com este trabalho determinaram-se 17 geometrias de asa aceitáveis, atingindo-se uma diminuição máxima de 0.3 % da deflexão máxima da asa e de 8 % da massa da asa. , en=The use of unmanned aerial vehicles, also known as UAVs, are extremely useful on environmental operations. By being controlled from a distant point, having a reasonable autonomy and agility, those vehicles came to add an efficiency on the results of those operations. It is also a safer procedure where there are no human lives in danger. The composite materials play a key role in the UAVs structure, being its optimization a real need, namely in the wings. The present study was developed with “UAVision”, doing the structural analysis and topology optimization of the wing of one of theirs UAVs. The main goal is to implement the optimization multiobjective derivative-free method called “direct multisearch” (DMS), to minimize the maximum deflection and mass of the wing, to improve the autonomy of the vehicle and its flight stability. The DMS solver uses the concept of Pareto dominance to define a list of nondominated points, from which the new iterates are chosen. A 3D model based on the current wing dimensions (SolidWorks model, courtesy of “UAVision”) was built from scratch, using the commercial software ANSYS Mechanical APDL 18.1. Assuming stationary flight conditions, was used the XFLR5 software to obtain the distributed lifting forces to apply on the wing. For the topology optimization was used the MATLAB R2015a software (using the DMS). Was achieved 17 acceptable wing geometries, reaching a maximum decrease of 0.3% of the maximum wing deflection and 8% of the wing mass. }
{pt=UAV, asa, análise estrutural, materiais compósitos, DMS, otimização multiobjetivo, en=UAV, wing, structural analysis, composite materials, DMS, multiobjective optimization}

Novembro 16, 2018, 15:30

Orientação

ORIENTADOR

Virgínia Isabel Monteiro Nabais Infante

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

José Firmino Aguilar Madeira

IDMEC - Instituto Superior Tecnico

Especialista