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Abstract(s)
Fossil fuels such as coal, oil and natural gas, are the worldwide primary energy resources. Energy is essencial to the peoples’ well-being and society development, as it is known today and expected in the future to produce and use energy in a sustainable way is vital to our civilization. However, dependence on fossil fuel is awfully high and it is necessary to hinder their use in several industries as it is a limited resource. In the Aeroespace Industry solar energy has been gaining widespread development, becoming the solution to many negative factors.
This Master Thesis includes a conceptual design of an electric propulsion system for a UAV with a wingspan of 4.5 m and a weight of approximately 52 N. The construction of this system is different from conventional propulsion methods, so the design and sizing rely on the available energy stored in the battery and the power generated by the solar panels. As solar radiation is different throughout the year, a plan for experimental tests was drafted to verify the system viability. Experiments show that exact azimuth orientation is not critical, vertical axis given by pitch and roll, have a more important effect on performance. Although it is a small aircraft, the wing beyond its aerodynamics function, has a proper zone where solar cells should be placed. Appealing to a second order differentiation it is possible to determine that solar panels should be placed at 1.5 cm from the trailing edge affecting as little as possible the airfoil.
A mission simulation was done to understand the propulsion system feasibility. Although, the eight hour sustainable-flight was not possible to replicate the motor still ran for 5 hours, being the battery charged during cruise phase as pretended. Therefore, proper solar cells placement, development of a mounting method and electrical circuit design are carried out in order to allow the UAV to achieve a sustainable-flight.
Os combustíveis fosséis, carvão, petroléo e gás natural, constituem a maior parte das fontes de energia primária a nível mundial. Sendo a energia essencial ao bem-estar da população e ao desenvolvimento da sociedade, produzir e utilizar energia de forma sustentável é vital para a humanidade. Porém, a dependência de combustíveis fosséis é demasiado elevada e sendo esta uma fonte limitada na natureza, é necessário contrariar o seu uso nos diversos setores. Na Indústria Aeroespacial a utilização de painéis solares é uma alternativa executável. Esta Dissertação de Mestrado inclui um plano concetual de um sistema propulsivo elétrico, destinado a um UAV com uma envergadura de 4,5 m e um peso de aproximadamente 52 N. A construção deste sistema é particularmente diferente dos métodos convencionais de propulsão, pelo que o seu projeto e dimensionamento dependem especialmente da energia disponível armazenada na bateria, e da potência gerada pelos painéis solares. Devido à variação da intensidade de radiação solar em diferentes zonas do país e do ano, foi elaborado um plano de testes experimentais para verificar a viabilidade do sistema. Estes testes demonstram que a potência disponível é especialmente influenciada pelo eixos vertical e longitudinal, dados por arfagem e pranchamento. Embora seja uma aeronave de pequenas dimensões, a asa para além da sua função aerodinâmica, possui uma zona adequada aquando a colocação das células solares, deste modo, recorrendo uma diferenciação de segunda ordem é demonstrado que esta colocação seria ideal a 1,5 cm do bordo de fuga. Ainda, uma simulação da missão foi realizada no Túnel de Vento da Universidade da Beira Interior atingindo o seu propósito com sucesso. Portanto, é estudado o posicionamento apropriado dos módulos solares, desenvolvido um método de fixação à Estrutura Alar e projetado o circuito elétrico de modo a realizar um voo sustentável.
Os combustíveis fosséis, carvão, petroléo e gás natural, constituem a maior parte das fontes de energia primária a nível mundial. Sendo a energia essencial ao bem-estar da população e ao desenvolvimento da sociedade, produzir e utilizar energia de forma sustentável é vital para a humanidade. Porém, a dependência de combustíveis fosséis é demasiado elevada e sendo esta uma fonte limitada na natureza, é necessário contrariar o seu uso nos diversos setores. Na Indústria Aeroespacial a utilização de painéis solares é uma alternativa executável. Esta Dissertação de Mestrado inclui um plano concetual de um sistema propulsivo elétrico, destinado a um UAV com uma envergadura de 4,5 m e um peso de aproximadamente 52 N. A construção deste sistema é particularmente diferente dos métodos convencionais de propulsão, pelo que o seu projeto e dimensionamento dependem especialmente da energia disponível armazenada na bateria, e da potência gerada pelos painéis solares. Devido à variação da intensidade de radiação solar em diferentes zonas do país e do ano, foi elaborado um plano de testes experimentais para verificar a viabilidade do sistema. Estes testes demonstram que a potência disponível é especialmente influenciada pelo eixos vertical e longitudinal, dados por arfagem e pranchamento. Embora seja uma aeronave de pequenas dimensões, a asa para além da sua função aerodinâmica, possui uma zona adequada aquando a colocação das células solares, deste modo, recorrendo uma diferenciação de segunda ordem é demonstrado que esta colocação seria ideal a 1,5 cm do bordo de fuga. Ainda, uma simulação da missão foi realizada no Túnel de Vento da Universidade da Beira Interior atingindo o seu propósito com sucesso. Portanto, é estudado o posicionamento apropriado dos módulos solares, desenvolvido um método de fixação à Estrutura Alar e projetado o circuito elétrico de modo a realizar um voo sustentável.
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Keywords
Indústria Aeroespacial Propulsão Elétrica Radiação Solar Uav Voo Sustentável