Dissertação
{en_GB=Conceptual and Preliminary Design of a Long Endurance Electric UAV} {} EVALUATED
{pt=A presente tese documenta o projecto conceptual e preliminar de um veículo aéreo não tripulado de grande autonomia movido a energia solar. Tendo em conta propósitos de vigilância, o perfil da missão requer uma subida inicial, a uma taxa que permita ascender 1000 m sobre pista em 10 minutos, seguido de voo nivelado com uma autonomia de 8 horas e um alcance de 200 km durante o equinócio. Na fase conceptual, várias configurações de aeronaves foram avaliadas considerando os requerimentos da missão. Recorrendo à metodologia de um processo analítico hierárquico, o conceito de avião “pusher” com cauda em V foi escolhido através de comparações emparelhadas entre os 10 critérios da missão (Aerodinâmica, Estruturas e Peso, Integração de Painéis Solares, Propulsão, Fabrico e Manutenção, Estabilidade e Controlo, Volume de Carga, Integração de Visão Remota na 1.ª Pessoa, Descolagem e Aterragem, e Características Portáteis) e 8 possíveis configurações. Uma pesquisa no mercado dos UAV proporcionou uma estimativa inicial para o peso vazio e dimensões da aeronave. Durante o projecto preliminar, a aeronave foi redimensionada realizando um conjunto de iterações de ponto fixo, cujo ponto de projecto resultante garante que é fisicamente possível cumprir os requisitos do voo. Aliando múltiplas análises aerodinâmicas, realizadas numa ferramenta computacional que suporta baixos números de Reynolds, com a eficiência apurada para o sistema de propulsão, os consumos de potência de cada fase da missão foram determinados assumindo condições meteorológicas ideais. A aeronave foi desenhada em CAD sem detalhar soluções estruturais para o seu interior., en=The present thesis documents the conceptual and preliminary design of a solar long endurance Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Having in mind surveillance goals, the mission profile requires an initial climb, at a rate that allows to ascend 1000 m above runway in 10 minutes, followed by cruise with an endurance of 8 hours and a range 200 km during the equinox. In the conceptual stage, several aircraft configurations were evaluated considering the mission requirements. Resorting to the Analytic Hierarchy Process methodology, the rear pusher V-tail airplane concept was chosen through pairwise comparisons between 10 mission criteria (Aerodynamics, Structures an Weight, Solar Panels Integration, Propulsion, Manufacturing and Maintenance, Stability and Control, Payload Volume, Remote-Person View Integration, Take-off and Landing and Portable Capabilities) and 8 prospective candidate configurations. A UAV market investigation provided an initial estimate of the empty weight fraction and airframe dimensions. In the preliminary design phase, the airframe was resized by performing a set of fixed point iterations, whose resulting design point ensured it is physically possible to fulfill flight requirements. Allying multiple aerodynamic analyses, performed on a low Reynolds number computational tool, with the ascertained efficiency of the propulsion system, power consumption at each mission stage was determined under ideal weather conditions. An aircraft CAD assembly was modeled without internal airframe detail. }
novembro 17, 2016, 14:0
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