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Abstract(s)
With applications ranging from aerial photography to agriculture fields monitoring, and
passing through goods transportation, allowing operation and maintenance costs to be
kept lower than those of manned aircraft, unmanned aerial vehicles (UAV) have been a
technology with increasing interest from military forces, private companies or even individuals. One of the challenges in the development of this type of platform is the ability
to operate with good performance for different types of mission. In this way, CEiiA developed the UAS30 platform, which has the ability to be equipped with different wings
according to the requirements of the mission to be accomplished, in order to expand the
ability to operate with good performances for various types of mission.
In this dissertation, a wing that aims to give UAS30 good performances, especially with
regard to range and higher speeds than those which this platform currently operates, was
designed. The design process started with the determination of the possible chord and
span ranges limited by the existing tail of the UAS30. The XFOIL/XFLR5 tools were used,
firstly to create a new airfoil for the Low Reynolds number conditions of the UAS30 and,
then, to perform performance and stability analyses, which allowed the determination of
the remaining design parameters such as the MAC, wingspan, taper ratio, washout, sweep,
dihedral and incidence, allowing to obtain a compromise between performance and flight
qualities. The use of cruise flaps in order to increase wing performance for offĀdesign
conditions was also evaluated. In the final phase of the present work, the selection of an
adequate propeller and an estimate of theoretical performance to verify the performance
improvement brought about by the new wing design were performed.
As a result, a wing was obtained that allows to reach a maximum speed much higher than
that achieved with the original wings of the UAS30, allowing to fly with greater range and
autonomy for the entire speed range. It was also concluded that, with the use of cruise
flaps, not only stall speeds lower than those allowed by the original wing of the UAS30,
but also maximum speeds higher than those achieved by the new wings without flaps, can
also be achieved.
Com aplicaƧƵes que podem ir desde a fotografia aĆ©rea Ć monitorizaĆ§Ć£o de campos agrĆcolas, passando pelo transporte de bens, permitindo manter os custos de operaĆ§Ć£o e manutenĆ§Ć£o inferiores aos das aeronaves tripuladas, os veĆculos aĆ©reos nĆ£o tripulados (VANT) tĆŖm sido uma tecnologia com crescente interesse por parte de forƧas militares, empresas privadas ou atĆ© pessoas particulares. Um dos desafios no desenvolvimento deste tipo de plataformas Ć© a capacidade para operar com bons desempenhos para diferentes tipos de missĆ£o. Neste sentido, o CEiiA desenvolveu a plataforma UAS30, que tem a capacidade de ser equipada com diferentes asas de acordo com os requisitos da missĆ£o a cumprir, de maneira a alargar a capacidade de operar com bons desempenhos, para vĆ”rios tipos de missĆ£o. Na presente dissertaĆ§Ć£o, foi desenhada uma asa que visa conferir ao UAS30 bons desempenhos, especialmente no que toca ao alcance e Ć capacidade de voar a velocidades superiores Ć quelas a que esta plataforma atualmente opera. O processo de desenho iniciouĀse com a determinaĆ§Ć£o dos possĆveis valores de corda e envergadura limitados pela cauda do UAS30. A interface XFOIL/XFLR5 foi utilizada, primeiramente para criar um novo perfil alar para as condiƧƵes de baixo nĆŗmero de Reynolds do UAS30 e, de seguida, para executar anĆ”lises de desempenho e estabilidade, o que permitiu a determinaĆ§Ć£o dos restantes parĆ¢metros de desenho da asa como a corda mĆ©dia aerodinĆ¢mica, a envergadura, o afilamento, torĆ§Ć£o, enflechamento, diedro e incidĆŖncia, permitindo obter um compromisso entre desempenho e qualidades de voo. A utilizaĆ§Ć£o de flapes de cruzeiro, de modo a aumentar o desempenho da asa para condiƧƵes āoffĀdesignā tambĆ©m foi avaliada. Na fase final do presente trabalho foi selecionada uma hĆ©lice apropriada e foi realizada uma estimativa de desempenho para permitir averiguar a melhoria de desempenho trazida pelo novo desenho da asa. Como resultado, obteveĀse uma asa que, nĆ£o sĆ³, permite alcanƧar uma velocidade mĆ”xima bastante superior Ć alcanƧada pelo UAS30 com as asas originais, como permite voar com maior alcance e autonomia para toda a gama de velocidades. ConcluiuĀse ainda que, com a utilizaĆ§Ć£o de flapes de cruzeiro, nĆ£o sĆ³ se poderĆ£o atingir velocidades de perda inferiores Ć s permitidas pela asa original do UAS30, bem como velocidades mĆ”ximas superiores Ć s conseguidas pelas novas asas sem flapes.
Com aplicaƧƵes que podem ir desde a fotografia aĆ©rea Ć monitorizaĆ§Ć£o de campos agrĆcolas, passando pelo transporte de bens, permitindo manter os custos de operaĆ§Ć£o e manutenĆ§Ć£o inferiores aos das aeronaves tripuladas, os veĆculos aĆ©reos nĆ£o tripulados (VANT) tĆŖm sido uma tecnologia com crescente interesse por parte de forƧas militares, empresas privadas ou atĆ© pessoas particulares. Um dos desafios no desenvolvimento deste tipo de plataformas Ć© a capacidade para operar com bons desempenhos para diferentes tipos de missĆ£o. Neste sentido, o CEiiA desenvolveu a plataforma UAS30, que tem a capacidade de ser equipada com diferentes asas de acordo com os requisitos da missĆ£o a cumprir, de maneira a alargar a capacidade de operar com bons desempenhos, para vĆ”rios tipos de missĆ£o. Na presente dissertaĆ§Ć£o, foi desenhada uma asa que visa conferir ao UAS30 bons desempenhos, especialmente no que toca ao alcance e Ć capacidade de voar a velocidades superiores Ć quelas a que esta plataforma atualmente opera. O processo de desenho iniciouĀse com a determinaĆ§Ć£o dos possĆveis valores de corda e envergadura limitados pela cauda do UAS30. A interface XFOIL/XFLR5 foi utilizada, primeiramente para criar um novo perfil alar para as condiƧƵes de baixo nĆŗmero de Reynolds do UAS30 e, de seguida, para executar anĆ”lises de desempenho e estabilidade, o que permitiu a determinaĆ§Ć£o dos restantes parĆ¢metros de desenho da asa como a corda mĆ©dia aerodinĆ¢mica, a envergadura, o afilamento, torĆ§Ć£o, enflechamento, diedro e incidĆŖncia, permitindo obter um compromisso entre desempenho e qualidades de voo. A utilizaĆ§Ć£o de flapes de cruzeiro, de modo a aumentar o desempenho da asa para condiƧƵes āoffĀdesignā tambĆ©m foi avaliada. Na fase final do presente trabalho foi selecionada uma hĆ©lice apropriada e foi realizada uma estimativa de desempenho para permitir averiguar a melhoria de desempenho trazida pelo novo desenho da asa. Como resultado, obteveĀse uma asa que, nĆ£o sĆ³, permite alcanƧar uma velocidade mĆ”xima bastante superior Ć alcanƧada pelo UAS30 com as asas originais, como permite voar com maior alcance e autonomia para toda a gama de velocidades. ConcluiuĀse ainda que, com a utilizaĆ§Ć£o de flapes de cruzeiro, nĆ£o sĆ³ se poderĆ£o atingir velocidades de perda inferiores Ć s permitidas pela asa original do UAS30, bem como velocidades mĆ”ximas superiores Ć s conseguidas pelas novas asas sem flapes.
Description
Keywords
Alcance Baixo NĆŗmero de Reynolds Desenvolvimento de Asas Desenvolvimento de Perfis Alares Vant Xflr5 Xfoil