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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Considering the evolution of the urban air mobility concept and the increasing number of
vertical takeoff and landing aircraft in development, the use of the correct propeller for this
kind of aircraft is paramount. This dissertation’s purpose is to develop a propeller blade
with a propulsive efficiency as good as possible when used in a variable pitch mechanism. A
blade propeller geometry was developed to be used in the different stages of flight. Therefore, during take-off, climbing and hover conditions the propeller can be used with low pitch
to increase the performance in thrust per unit power. On the other hand, during cruise flight
condition the propeller can be used with a coarse pitch to operate with greater propulsive efficiency. A proper propeller blade geometry was achieved. The respective CAD model with additional features was developed to build a prototype of the propeller using a FDM 3D printer.
Specific printing settings and different finishing processes were applied to obtain the most
accurate results possible. Comparing numerical and experimental results small divergences
were realized. Considering the similarity between the results and the similar divergences that
also occurred in the analysis of different propellers tested in identical conditions are indicators that it is possible to use 3D printing as a low cost way of rapid prototyping low Reynolds
number propellers geometries that can be submitted to experimental performance tests.
Tendo em conta o aumento do número de aeronaves de descolagem e aterragem vertical que seguem a crescente evolução do conceito de mobilidade aérea urbana, é importante utilizar uma hélice adequada para as características dessas aeronaves. O objetivo deste trabalho passou pelo desenvolvimento da pá de uma hélice que apresentasse o melhor desempenho propulsivo possível quando utilizada num mecanismo de passo variável. Desta forma, foi obtida a geometria da pá de uma hélice admissível para ser utilizada em diferentes fases de voo, tanto na descolagem ou no voo pairado onde se torna benéfico utilizar a hélice com passo fino, como em voo de cruzeiro onde utilizar um passo grosso é mais adequado. Após ser encontrada a geometria da hélice que assegurava os objetivos pretendidos, a mesma foi impressa utilizando uma impressora 3D de modelagem por deposição fundida e posteriormente analisada no túnel de vento. Diversas técnicas foram aplicadas tanto no modelo do desenho assistido por computador, como das definições de impressão da impressora e mesmo no processo de acabamento das hélices afim de obter os resultados mais rigorosos possíveis. Sendo assim, os resultados numéricos foram comparados com os resultados obtidos no túnel de vento, apresentando pequenas diferenças, que por se manterem consistentes com outras hélices analisadas sobre as mesmas condições, permitem considerar a impressão 3D como uma opção de baixo custo para obter um protótipo de uma hélice que possa ser submetida a testes de desempenho experimentais.
Tendo em conta o aumento do número de aeronaves de descolagem e aterragem vertical que seguem a crescente evolução do conceito de mobilidade aérea urbana, é importante utilizar uma hélice adequada para as características dessas aeronaves. O objetivo deste trabalho passou pelo desenvolvimento da pá de uma hélice que apresentasse o melhor desempenho propulsivo possível quando utilizada num mecanismo de passo variável. Desta forma, foi obtida a geometria da pá de uma hélice admissível para ser utilizada em diferentes fases de voo, tanto na descolagem ou no voo pairado onde se torna benéfico utilizar a hélice com passo fino, como em voo de cruzeiro onde utilizar um passo grosso é mais adequado. Após ser encontrada a geometria da hélice que assegurava os objetivos pretendidos, a mesma foi impressa utilizando uma impressora 3D de modelagem por deposição fundida e posteriormente analisada no túnel de vento. Diversas técnicas foram aplicadas tanto no modelo do desenho assistido por computador, como das definições de impressão da impressora e mesmo no processo de acabamento das hélices afim de obter os resultados mais rigorosos possíveis. Sendo assim, os resultados numéricos foram comparados com os resultados obtidos no túnel de vento, apresentando pequenas diferenças, que por se manterem consistentes com outras hélices analisadas sobre as mesmas condições, permitem considerar a impressão 3D como uma opção de baixo custo para obter um protótipo de uma hélice que possa ser submetida a testes de desempenho experimentais.
Description
Keywords
Hélice de Passo Variável Impressão
de Hélice em 3d Modelo de Hélice em Desenho Assistido por Computador