Dissertação

{en_GB=Energy Harvesting by Floating Flaps} {} CONFIRMED

{pt=O crescente desenvolvimento de soluções energeticamente auto-suficientes resultou num protótipo de uma superfície de controlo autónoma, incorporando um sistema de armazenamento de energia que alimenta sensores e actuadores na mitigação activa de cargas aerodinâmicas. Neste âmbito, esta dissertação propõe um mecanismo inovador para o armazenamento de energia através da transdução electromagnética de vibrações induzidas por fenómenos aeroelásticos em electricidade. O ponto de flutter é calculado de acordo com o método p-k, e uma simulação no domínio temporal incorpora não-linearidades inerciais e electromagnéticas na estimação da energia produzida. Um modelo experimental pioneiro integralmente produzido com recurso à impressão 3D é desenvolvido para testar o mecanismo de armazenamento energético. Testes de vibração são realizados com vista à caracterização estrutural do modelo, seguidos de testes em túnel de vento para provar a aplicabilidade do mecanismo. Os resultados mostram que, com um acréscimo de 0.6 % relativamente à massa de um mecanismo não optimizado, superfícies de controlo livres de oscilar em torno do seu eixo (n.b. do inglês Free-Floating Flaps - FFF) equipadas com o mecanismo inovador apresentam uma redução de 40 % no amortecimento estrutural e um aumento de 45 % na energia produzida. Comprovou-se ainda experimentalmente que a velocidade de flutter é controlável através do ajuste da resistência aos terminais do gerador. Por fim, um estudo preliminar de futuras aplicações em estruturas aeroespaciais revelou resultados promissores conducentes a poupanças de combustível significativas., en=The increasing demand for energy efficiency have led to the development of an autonomous flap, which encompasses an energy harvesting system to power sensors and actuators that ultimately perform active gust alleviation. In this context, this thesis presents a novel mechanism for an electromagnetic energy harvesting concept which transduces self-induced aeroelastic oscillations into electricity. The onset of flutter is calculated using the p-k method, and a time-domain simulation is carried out to account for inertial and electromagnetic non-linearities and assess the power harvested. To this end, a 3D-printed aeroelastic model for wind tunnel testing is developed to experimentally evaluate the energy harvesting mechanism. Experimental ground vibration tests have been performed to characterize the structural model and demonstrate the efficiency of the proposed mechanism. Next, wind tunnel tests were carried out to demonstrate the feasibility of the concept in a simulated environment. With a weight penalty of 0.6 % when compared to a standard energy harvesting mechanism with a reciprocating shaft, Free-Floating Flaps fitted with the novel mechanism showed a 40 % decrease in structural damping and 45 % increase in power generation. It was also experimentally demonstrated that the onset of flutter is controllable by adjusting the generator external resistance. Future applications of such mechanism in full scale wind turbine rotors are considered, and aircraft applications are also investigated with promising results suggesting substantial fuel savings.}
{pt=Aeroelasticidade, Armazenamento de Energia Electromagnética, Mecanismos de Superfícies de Controlo, Testes de Flutter em Túnel de Vento, Impressão 3D., en=Aeroelasticity, Electromagnetic Energy Harvesting, Free-Floating Flaps, Wind Tunnel Flutter Testing, 3D Printing.}

Novembro 27, 2017, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

Roeland De Breuker

T. U. Delft

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Afzal Suleman

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado