Dissertação

{en_GB=Study on the effect of curvature on the aerodynamic properties of drone rotor blades} {} EVALUATED

{pt=O presente trabalho tem como objetivo estudar o efeito de bordo de ataque curvo nas pás dos rotores de drones, para ver se pode trazer melhorias no desempenho. São estudados quatro rotores diferentes, com diferentes geometrias da pá: a pá reta, a pá curva única e duas pá totalmente curvas, com diferentes formas na ponta da pá. A curvatura é inserida na direção frontal e traseira. Numa primeira fase, um código Matlab implementando a Teoria dos Elementos de pá foi realizado. Os resultados obtidos mostraram boa concordância na análise de rotores em escala real. A necessidade de levar em consideração efeitos 3D e baixo número de Reynolds nos parâmetros aerodinâmicos levou ao desenvolvimento de simulações de CFD. O método de referência móvel é o método escolhido para as simulações. São estudadas os desempenhos dos quatro rotores enquanto produzem diferentes quantidades de propulsão, primeiro em condições de pairar e depois em condições de vôo ascendentes. A pá reta parece ser a melhor configuração para a maioria dos casos, embora existam algumas condições particulares em que a pá curva total com a forma de ponta TE2 se comporte melhor. Este estudo também mostra que as pás curvas para trás funcionam melhor que as pás curvas para frente, portanto, é encontrada uma preferência na direção da curvatura. Para isolar o efeito da curvatura, uma modificação da ponta é inserida e analisada. Diferentes métodos de impressão 3D foram testados para produzir os rotores, que são testados experimentalmente para verificar os resultados das simulações., en=The present work aims to study the effect of a curved leading edge in drone rotors blades, to see whether it can bring performance improvements. Four different rotors are studied, having different blade geometries: the straight blade, the single curved blade, and two totally curved blades, having different tip shapes. The curvature is inserted both in forward and backward direction. At first, a Matlab code implementing the Blade Element Theory. The obtained results showed good agreement in the analysis of full-scale rotors. The need of taking into consideration 3D and low Reynolds number effects in the aerodynamic parameters led to the development of CFD simulations. The Moving Reference Frame method is the method chosen for the simulations. The performances of the four rotors while producing different amounts of thrust are studied, at first in hovering condition, and then in ascending flight conditions. The straight blade appears to be the best configuration for most of the cases, even though there are some particular conditions in which the total curved blade with the tip shape TE2 behaves better. This study also shows that the backward curved blades operate better than the forward curved blades, so a preference in the curvature direction is found. In order to isolate the curvature effect, a tip modification is inserted an analyzed. Different 3D printing methods have been tested to produce the rotors, which are tested experimentally to verify the simulations results.}
{pt=rotores de drone, curvatura, simulações CFD, impressão 3D, en=drone rotors, curvature, CFD simulations, 3D printing}

Junho 8, 2020, 15:0

Orientação

ORIENTADOR

Filipe Szolnoky Ramos Pinto Cunha

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar