Marques, José Carlos PáscoaMonteiro, Jakson Augusto Leger2018-06-012018-06-012017-07http://hdl.handle.net/10400.6/4758O rotor cicloidal é também denominado de ciclorotor, ou propulsor cicloidal, e é uma turbomáquina que permite converter energia, quer em modo propulsivo quer como gerador. À medida que as pás do rotor se movimentam, elas oscilam periodicamente ao longo de um ciclo de rotação. O controlo do ângulo de inclinação de cada pá possibilita ao rotor cicloidal alterar de um modo quase instantâneo a direção e a magnitude da força gerada. Devido a esta importante habilidade, o rotor cicloidal pode melhorar o comportamento de veículos aéreos para uma vasta gama de aplicações, nomeadamente a descolagem e aterragem vertical, o alcance do voo em estado pairado (hover), etc. Embora a abordagem baseada em CFD (Computational Fluid Dynamics) seja o meio adequado para analisar o comportamento do escoamento em torno das pás, os modelos analíticos são úteis para fornecer informações relevantes numa fase preliminar do projeto dos rotores cicloidais. No presente trabalho fez-se a proposta de um modelo analítico composto de uma subcomponente cinemática e de uma subcomponente dinânmica. O modelo visa estudar minuciosamente a operação física dos rotores cicloidais e fornecer aproximações para a força gerada e para a potência consumida pelo rotor cicloidal. Tendo em conta as limitações deste modelo analítico, o presente trabalho incluiu ainda a modelação numérica 2D e 3D que permitiu estudar com mais precisão o desempenho e as características do escoamento em rotores cicloidais. Através da modelação numérica, realizaram-se estudos sobre o desempenho dos rotores cicloidais. Também se averiguou a existência de vantagens concernentes à operação de rotores cicloidais em modo inverso, isto é, o caso em que o rotor cicloidal funciona como uma Turbina de Vento de Eixo Vertical. A força gerada por uma pá depende do escoamento em torno dela. E o escoamento em torno de uma pá pode ser alterado através do movimento da própria pá. No presente trabalho propôs-se a alteração do movimento das pás através da imposição de uma vibração harmónica, isto é, as pás do rotor vibram à medida que descrevem o caminho cicloidal convencional. Assim, com a finalidade de melhorar o desempenho do rotor cicloidal, estudaram-se vários casos em que o perfil alar vibra à medida que descreve o movimento de picada oscilante com resultados promissores.A cycloidal rotor, also known as a cyclorotor, or cycloidal propeller, is a turbomachine that allows to convert energy in propulsive mode and in generator mode. The blades of a cycloidal rotor describe a periodic change on their pitch angle over a cycle of rotation. The control of the pitch angle provides to the cycloidal rotor the ability to vary the direction and magnitude of the thrust vector almost instantly. This important characteristic features the cycloidal rotor with an attractive vector thrust capability which may enhance the behavior of a aircraft for a wide range of applications; e.g. VTOL (Vertical Take-Off and Landing), STOL (Short Take-Off and Landing), hover, etc. Although in recent years the CFD based approaches have been able to provide adequate means to analyze the flow behavior around blades, analytical models are useful to provide immediate guidelines in the preliminary stages of the cycloidal rotor design. In the present work it was proposed a novel analytical model composed of a kinematic sub-component and a dynamic sub-component. The model aims to study the physical operation of the cycloidal rotors and to provide approximate estimations of the overall generated thrust and the power required by the operation of the cycloidal rotor. Considering the limitations of the analytical model, the present work includes also the 2D and 3D CFD models that allowed to study with more accuracy the performance and characteristics of the cycloidal rotors. Through numerical modeling, studies were conducted on the performance of the cycloidal rotors. It was also investigated the potential of cycloidal rotors operating in reverse mode, i.e., the case where the cycloidal rotor operates as a Vertical Axis Wind Turbine. The force generated by a blade depends on the flowfield around it. The flowfield around a blade can be changed by changing the motion of the blade. In the present work, it was proposed to change the movement of the blades by imposing an harmonic vibration, that is, the blades vibrate as they describe the conventional cycloidal path. Thus, in order to improve the performance of the cycloidal rotor, several cases in which an airfoil vibrates, while it describes an oscillating motion, were studied with promissing results.porRotor cicloidal - Análise cinemáticaRotor cicloidal - Modelo analíticoRotor cicloidal - Modelação numérica tridimensionalRotor cicloidal - Movimento harmónicodoctoral thesis101540710