Dissertação

{en_GB=Design of a Variable Span Wing for an Unmanned Aerial Vehicle} {} EVALUATED

{pt=As tecnologias para aeronaves adaptativas fornecem uma estratégia para alterar e adaptar a configuração da aeronave às condições de voo. Esta abordagem ao design de aeronaves tenta encontrar melhorias de eficiência para o futuro. A asa telescópica de envergadura variável oferece as características de uma asa com elevada envergadura e alongamento desejáveis para um voo eficiente a baixa velocidade, ao mesmo tempo que acomoda aquelas de uma asa com reduzido alongamento para um melhor desempenho em voo de alta velocidade. Este trabalho apresenta o projeto de uma asa telescópica com envergadura variável entre 3,5m e 5m para um veículo aéreo não tripulado de 150kg para patrulha e vigilância. Vários mecanismos de asa telescópica foram estudados e descritos. A metodologia para o cálculo de cargas aerodinâmicas, tensões estruturais máximas e dimensionamento dos elementos da longarina telescópica, com base em fórmulas analíticas e cálculos aerodinâmicos recorrendo à teoria da linha sustentadora, é apresentada. A estrutura da aeronave é projetada para sustentar um fator de carga de 3,8g com um fator de carga máximo de 5,7g. O desempenho da aeronave equipada com a asa de envergadura variável foi avaliado e comparado em termos de resistência com duas aeronaves equipadas com uma asa fixa com 4,3m e 5m de envergadura, respectivamente. A asa adaptativa supera a asa fixa de 5m para velocidade de mergulho de 150kt com uma redução de resistência aerodinâmica de 23%. Comparando com a asa fixa de 4,3 m, a resistência aerodinâmica é reduzida até 16% à velocidade loiter de 70kt. , en=Morphing aircraft technologies provide a strategy to change and adapt the aircraft shape to the flight conditions. This approach to aircraft design aspires to find efficiency improvements for future aircraft. The variable span telescopic wing offers the characteristics of a large span wing with high aspect ratio desirable for efficient low speed flight while accommodating those of a smaller span wing with low aspect ratio for better flight performance at high subsonic speed. This work presents the design of a telescopic wing with span ranging from 3.5m to 5m for a medium-endurance patrol and surveillance 150kg unmanned aerial vehicle (UAV). Different telescopic wing mechanisms were studied and described. Methodology for calculating aerodynamic loads, maximum structural stresses and sizing of the telescopic spar elements, based on analytical formulas and aerodynamic calculations using the lifting line theory, is present. The aircraft structure is designed to sustain a load factor of 3.8g with an ultimate load factor of 5.7g. The performance of the variable span wing aircraft was assessed and compared in terms of drag with two fixed wing aircraft with 4.3m and 5m wingspan respectively. The morphing wing outperforms the 5m fixed wing for 150kt dive speed with 23% drag reduction and can allow for a 68% increase in mass until no performance benefit is noticed. Compared with the the 4.3m fixed wing the drag reduction achieved is up to 16% at loiter speed of 70kt with weight penalty of 13%. }
{pt=Asa Adaptativa, envergadura variável, UAV, dimensionamento estrutural, desempenho., en=Morphing wing, variable span, UAV, structural sizing, performance.}

Julho 5, 2019, 9:0

Orientação

ORIENTADOR

Filipe Szolnoky Ramos Pinto Cunha

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Luís Filipe Galrão dos Reis

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado