Dissertação

{en_GB=Piezoelectric Energy Harvesting from Flow-Induced Vibrations in Micro Aerial Vehicles } {} EVALUATED

{pt=Os maiores desafios que Micro Veículos Aéreos (MVA) enfrentam atualmente são os limites operacionais devido às restrições de peso das baterias e o desempenho menos bom devido ao efeito de perda a altos ângulos de ataque. De modo a superar este último desafio um sistema de controlo de perda híbrido ativo-passivo foi previamente desenvolvido no Técnico. O controlo ativo de perda e a ampliação do alcance do MVA requerem potência adicional que não é viável através do aumento das baterias. Consequentemente, este trabalho foca-se no estudo da viabilidade de um dispositivo piezoelétrico montado no bordo de fuga da asa que oscila com a libertação de vórtices da asa de modo a gerar a energia necessária para o sistema ativo de controlo de perda. Um modelo foi desenvolvido com o propósito de encontrar o dispositivo cuja frequência de resonância que correspondesse à frequência de libertação de vórtices da asa. Um segundo modelo foi desenvolvido capaz de prever a voltagem que o dispositivo produz àquela frequência. Baseado no primeiro modelo, os dispositivos adquiridos foram sujeitos a testes no túnel de vento sendo que o dispositivo A gerou potências entre 1 e 3 nW com um peso de 0.05 g. As voltagens medidas em circuito fechado e aberto foram de 0.06 V e 0.3 V, respetivamente. Adicionalmente, mostrou-se que a asa possui um rácio de sustentação por resistência superior com o dispositivo montado na asa face à asa sem dispositivo. O modelo aero-electro-mecânico desenvolvido mostrou ter uma boa coerência com os resultados experimentais., en=The biggest challenges Micro Aerial Vehicles (MAV) face at present time are the limited operation windows due to weight restrictions on the batteries and the decreased performance due to early onset of stall at high angles of attack. To overcome this problem a hybrid active-passive stall control system was previously developed at Técnico. The active control system and the extension of the MAV's range require additional power, which is not feasible with current batteries due to their excessive weight. Hence, this work aimed to study the feasibility of a piezoelectric device mounted at the trailing edge of a wing which oscillates with the shedding of the vortices from the wing to power the active stall control system. A model was developed to find the device whose resonant frequency matched best the vortex shedding frequency of the wing. The second model was able to predict the voltage output of the device operating at this frequency. Based on the first model, the acquired devices were put to the test in the wind tunnel with the most promising device harvesting powers between 1 and 3 nW for its weight of 0.05 g. The voltages in closed circuit are observed to be of the magnitude of 0.06 V with the open circuit voltages reaching 0.3 V. Additionally, the wing is shown to generally have a higher lift to drag ratio with the mounted piezoelectric flag relative to the wing without the device. The aero-electro-mechanical shows to be in good agreement with the obtained results.}
{pt=Micro veículos aéreos, Controlo de perda, Geração de energia piezoelétrica, Vibrações induzidas por vórtices, en=Micro Aerial Vehicle, Stall control, Piezoelectric Energy Harvesting, Vortex-Induced Vibrations}

Novembro 21, 2019, 9:30

Orientação

ORIENTADOR

João Manuel Melo de Sousa

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado