Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/400
Title: Optimização da Forma Aerodinâmica de um Dirigível não Tripulado
Authors: Ribeiro, José Manuel Alves
Advisor: Almeida, Heitor Manuel dos Santos
Issue Date: 2008
Abstract: O presente trabalho faz parte dos esforços conjuntos desenvolvidos por investigadores do IDMEC/IST/UTL (controlo), do ISR/UC (electrónica e visão artificial) e do CITEPE/UM (aerodinâmica), integrados no projecto DIVA (Dirigível Inteligente para Vigilância Aérea), financiado pela FCT do Ministério da Ciência e do Ensino Superior português, e em estreita colaboração com o projecto AURORA desenvolvido em Campinas no Brasil. O projecto visa essencialmente o reconhecimento visual inteligente de padrões longínquos, o controlo autónomo de voo e a optimização da forma da aeronave. A optimização da forma do envelope de uma aeronave mais leve do que o ar (LTA) passa pela determinação dos seus seis coeficientes aerodinâmicos de força e de momento, com recurso à simulação computacional, ou pela sua medição experimental em ensaios de modelo reduzido em túnel aerodinâmico. O conhecimento desses coeficientes é ainda essencial na implementação de modelos de controlo da aeronave. No presente trabalho, determinaram-se experimentalmente os coeficientes de um modelo à escala de 1/13 do dirigível AS800, com 800 mm de comprimento, 18 litros de volume e uma relação diâmetro máximo/comprimento de 0.25, na gama de Re ~ 106, no túnel aerodinâmico do Laboratório de Aeronáutica da Academia da Força Aérea Portuguesa (AFA) em Sintra, equipado com uma balança electrónica de seis componentes e um sistema automático de aquisição de dados. A resposta ao vento relativo foi efectuada para ângulos de guinada de 0 a 180º e complementada com medições da distribuição de pressões (cp) em dois planos longitudinais médios e por visualizações do escoamento com tufos de lã e filetes de fumo, realizadas no Laboratório de Aerodinâmica Industrial (LAInd) da Universidade do Minho (UM). As forças e os momentos aerodinâmicos, medidos e registados no referencial da balança, foram posteriormente adimensionalizados, convertidos para os eixos aerodinâmicos, na gama de ângulos de guinada β de - 4 a +180º e de ângulos de ataque α = 0, -10 e +10º, para o envelope nu e equipado com gôndola e superfícies de cauda, e comparados com os existentes para a gama frontal da guinada. Dos ensaios preliminares, apresenta-se a variação em guinada das distribuições de cp nas 37 tomadas localizadas ao longo dos meridianos inferior e lateral do modelo, bem como as considerações sobre o comportamento global do escoamento, a partir das visualizações, assim como, através da simulação computacional do escoamento em torno do modelo, usando para o efeito o código comercial ANSYS (FLOTRAN) e recorreu-se ao método das médias de Reynolds e como modelo de turbulência usou-se o modelo K-ε.
The main work of this thesis was the fruit of researchers collaborations of IDMEC/IST/UTL for the control process, the ISR/UC for the electronic and artificial vision process and finally the CITEPE/UM, where I was involved, for the aerodynamic process. These researchers were integrated in the financed project DIVA (Dirigivel Intelligente para Vigilânica Aérea), this project was supported by FCT (Foundation of Science and Technology) of Portuguese secretary of high education with the link of the project AURORA developed in the Campanias in Brasil. The main objectives of this project are essentially to improve the intelligent visual of “longs standards”, to self control of the fly and the optimization of the aero nave form. The optimization of the envelope of the aero-nave form LTA (Light Than Air), should be done by the determination of its six aerodynamics coefficients of the forces and momentum, using the numerical tools or/and using the experimental data of the reduced model in the wind tunnel. The knowledge of these coefficients is essential in the implantation of the aero-nave control model. In this research work, the aerodynamic coefficients of the reduced model, 1/13th for the scale, of the airship AS800 were determined. This reduced model is about 800 mm for the length, volume about 18 l and a fraction maximum diameter with length is equal to 0.25, in the case of Re ~ 106, in the wind tunnel of the Aeronautical laboratory of Portuguese air foces (AFA) at Sintra. This wind tunnel is equipped by electronic balance of six components and one automatic system data acquisition. The answer of the relative wind were done by angles in yaw from 0º to 180º and completed by the measurements of pressure coefficients (Cp) in the two medium longitudinal plans and with the flow visualization using “laine” fibers and smokes. This carried out in the Laboratory of Industrial Aerodynamics (LAInd) of University of Minho. Data aerodynamics Forces and momentum from balance adimensionalized and converted in the aerodynamics axes in the flow plan (yaw) with β from - 4 to +180º and attack angles α = 0, -10 and +10º. These measurements were made for the simple envelope and equipped with “gondola” and surface control. The presented results are compared with existents data in the literature for the flow frontal plan. The preliminary tests presented variations in plan flow yaw, cp profile in the 37 located points long down and lateral meridians of the model. From flow visualization, the global behaviors have been analyzed for the airship. In order complete this experimental work, numerical tests in the two-dimensional flow around the studied model have been carried out using commercial code (ANSYS) based of Finite Elements method and turbulent model k-ε.
Description: Tese de Doutoramento em Ciências das Engenharias
URI: http://hdl.handle.net/10348/400
Document Type: Doctoral Thesis
Appears in Collections:OLD - Teses de Doutoramento

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