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Dissertação

{en_GB=Aerodynamic Interaction in a Three Rotor Tandem Configuration} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=O objetivo desta tese é avaliar o impacto de vários parâmetros (diâmetro do rotor, separações interplanar e interaxial e velocidade de rotação) no desempenho de configurações parcialmente sobrepostas no rotor tandem. Pretende-se contribuir para o desenvolvimento de configurações alternativas de drones com os resultados alcançados, em particular para as configurações tandem presentes em drones com dois planos rotores. Um esboço da Teoria do Momento Linear é apresentado como uma análise de primeira aproximação de rotores isolados, juntamente com uma adaptação existente da teoria para configurações de rotores tandem representando a interação do rotor. Propõe-se uma modificação deste modelo para que também tenha em consideração a separação interplanar à parte da distância interaxial. Um banco de ensaio originalmente desenvolvido para o estudo de configurações coaxiais para dois pequenos rotores foi adaptado para o estudo de configurações tandem até três rotores. Os instrumentos são capazes de medir o impulso e torque produzidos por eles, e a calibração do setup foi verificada com dados de desempenho fornecidos pelo fabricante e com dados de simulações CFD. Várias simulações CFD foram realizadas com modelos CAD que se assemelham muito ás hélices originais. A interação do rotor foi capturada com sucesso em relação à perda de impulso. O desempenho do rotor a jusante mostrou ser muito sensível à separação interaxial e à velocidade angular do rotor a montante, enquanto a variação do diâmetro do rotor a montante teve um impacto intermediário e o efeito da separação interplanar foi leve., en=The aim of this thesis is to evaluate the impact of several parameters (rotor diameter, interaxial and interplanar separations and rotation speed) on the performance of partially overlapping tandem rotor configurations. It is pretended to contribute to the development of alternative drone configurations with the attained results, in particular to tandem configurations present in drones with two rotor planes. An outline of Momentum Theory is presented as a first-approximation analysis of isolated rotors, along with an existing adaptation of the theory for tandem-rotor configurations accounting for the rotor interaction. A modification of this model is proposed so that it also takes in regard the interplanar separation other than the interaxial distance. A testing bench originally developed for the study of coaxial configurations for two small rotors has been adapted for the study of tandem configurations of up to three rotors. The instruments are capable of measuring the thrust and torque produced by them, and the calibration of the setup was verified with performance data provided by the manufacturer and with CFD simulations data. Several CFD simulations were carried out with CAD models which highly resemble the original propellers. The rotor interaction was successfully captured in regard to thrust loss. The downstream rotor performance was found to be very sensitive to the interaxial separation and to the upstream rotor angular velocity, while the upstream rotor diameter variation had an intermediate impact and the effect of the interplanar separation was slight. }
Keywords: {pt=Drone, Configuraçoes Tandem, Análise Experimental, CFD, Sistema de Propulsão Aérea, Interaçao Aerodinâmica, en=Drone, Tandem-rotor Configuration, Experimental Analysis, CFD, Aerial Propulsion Systems, Aerodynamic Interaction}

Discussão: outubro 10, 2022, 8:0