Dissertação

{en_GB=Optimizing UAV Aerodynamics with Computational Fluid Dynamics} {} EVALUATED

{pt=O objectivo deste projecto é empregar teorias de aerodinâmica de baixo número de Mach, através de análises de CFD, de modo a optimizar a asa de um Veículo Aéreo Não-Tripulado (VANT). Através da inclusão de um dispositivo de ponta de asa optimizado, esta tese procura atingir um aumento no desempenho superior a 10%. Devido à recente procura de veículos autónomos por parte da indústria da defesa, a maximização do desempenho destas plataformas é extremamente desejado. A configuração do VANT foi providenciada pela Força Aérea Portuguesa e uma análise com RANS e os modelos Menter SST k − ω e γ − Reθ foi efectuada a números de Mach e Reynolds de 0.2 e 2.2 milhões, respectivamente, de forma a avaliar os coeficientes aerodinâmicos e de desempenho. De forma a determinar a influência dos parâmetros de projecto de dispositivos de ponta de asa, foi realizado um estudo de sensibilidade com o método dos painéis 3D e confirmaram-se os resultados analisando as melhores configurações em RANS. Efectuou-se um estudo de malha de modo a assegurar precisão numérica nos aumentos no desempenho previstos. Os resultados mostram que o método dos painéis não atinge a precisão desejada na previsão dos aumentos no desempenho mas proporciona uma inspecção qualitativa da influência dos parâmetros de projecto. Simulações em RANS determinam aumentos de 20% e 30% no alcance e autonomia, respectivamente, em relação à asa limpa., en=The purpose of this project is to employ low subsonic aerodynamic theories, through CFD analysis, in order to optimize the main wing of a MALE UAV. By inclusion of an optimized wing tip device this thesis aims to achieve an increase in performance superior to 10%. Due to the recent demand for unmanned solutions in the defense and aerospace industry, maximization of the performance of these platforms is extremely desired. The configuration for the MALE UAV was provided by the Portuguese Air Force and an analysis with the RANS equations, the Menter SST k − ω and the γ − Reθ models, at a Mach number of 0.2 and a Reynolds number of 2.2 millions, is performed in order to evaluate the aerodynamic and performance coefficients. To determine the influence of the design parameters of wing tip devices, a sensitivity study with a 3D panel method is employed and confirmation of the results is done by analyzing the best configurations with RANS simulations. A grid refinement study is carried out to ensure numerical accuracy of the increases determined by these simulations and estimate the exact numerical values for the engineering quantities. Results show that the panel method fails to achieve the desired precision in predicting performance increases but allows a qualitative insight on the influence of the design parameters. RANS simulations determine a 20% increase in range and a 30% increase in endurance from the cut-off configuration.}
{pt=Veículos Aéreos Não-Tripulados, Aerodinâmica de Escoamentos Exteriores, Mecânica dos Fluídos Computacional, Reynolds-Averaged Navier-Stokes, Dispositivos de Ponta de Asa, Estudo de Sensibilidade, en=Unmanned Aerial Vehicles, External Aerodynamics, Computational Fluid Dynamics, Reynolds-Averaged Navier-Stokes, Wing Tip Devices, Sensitivity Study}

dezembro 2, 2016, 16:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Ricardo Veríssimo

Força Aérea Portuguesa-FAP

ORIENTADOR

Nelson Pereira Caetano Marques

blueCAPE

ORIENTADOR

Luís Rego da Cunha de Eça

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar