[pt] ESTUDO DA MELHORIA DE PERFORMANCE AERODINÂMICA DE UM PERFIL APLICADO A VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS

[en] STUDY OF AERODYNAMIC PERFORMANCE IMPROVEMENT OF AN AIRFOIL APPLIED TO AUTONOMOUS AIR VEHICLES

[pt] MARCOS PEREIRA CALDAS

[pt] REDUCAO DE ARRASTO

[pt] PREVISAO DA TRANSICAO

[pt] NATURAL LAMINAR FLOW

[pt] AEROFOLIO

[pt] VEICULOS AEREOS NAO-TRIPULADOS

[pt] CAMADA LIMITE

[en] DRAG REDUCTION

[en] TRANSITION PREDICTION

[en] NATURAL LAMINAR FLOW

[en] AIRFOIL

[en] UNMANNED AIR VEHICLES

[en] BOUNDARY LAYER

[pt] Os sistemas aéreos autônomos possuem uma crescente gama de aplicações em diversas áreas como agricultura e logística. Dentro desse ramo, destacam-se os VANTs (Veículos Aéreos Não-Tripulados) do tipo asa fixa e rotativa, pois essas possuem particular vantagem sobre os veículos multirrotores por sua versatilidade, autonomia e eficiência. Essas aeronaves geralmente operam em velocidades baixas, consequentemente, em faixas de números de Reynolds em torno de 200.000 a 400.000. Nessa faixa o escoamento ainda pode se manter laminar até a região de recuperação de pressão no extradorso das asas desses veículos. Assim, é possível ocorrer o surgimento de bolhas de separação laminar, causado pelo gradiente de pressão desfavorável. Essas bolhas causam perda de sustentação e aumento do arrasto. No intradorso, a transição do escoamento laminar para turbulento pode ocorrer mais próxima do bordo de ataque, devido à distribuição de pressão. Nesse caso, o arrasto viscoso da camada limite turbulenta induz uma perda de performance do veículo. Assim, este trabalho propõe a aplicação de duas metodologias para a melhoria de performance de aerofólios tipicamente utilizados em projetos de VANTs de médio alcance. Primeiramente, será analisada a aplicação de rugosidades distribuídas, representadas pelos chamados Trips da camada limite, em pontos específicos do extradorso do aerofólio buscando evitar a formação de bolhas de separação laminar. Em seguida, será analisada a técnica de atraso da transição da camada limite laminar-turbulenta, através do Laminar Flow Control (LFC), mais especificamente o Natural Laminar Flow. Essa estratégia envolve uma alteração da geometria original, buscando estender a camada limite laminar e reduzir o arrasto de fricção. Para isso é utilizado um software de análise numérica para aerofólios em condições de escoamento de baixos números de Reynolds. Os resultados são comparados utilizando a métrica da polar de arrasto obtidas para diferentes aerofólios. Para quantificar os ganhos, análises de performance serão realizadas.

[en] Autonomous aerial systems have a growing range of applications in various areas such as agriculture and logistics. Within this branch, stand out the fixed and rotary wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), because they have particular advantage over multirotor vehicles for their versatility, autonomy and eficiency. These aircraft generally operate at low speeds, hence in Reynolds number ranges around 200,000 to 400,000. In this range the flow can still be kept laminar over the pressure recovery region in the wing upper surface of these vehicles. Thus, the presence of laminar separation bubbles caused by the unfavorable pressure gradient may occur. These bubbles cause loss of lift and drag. In that way, the transition from laminar to turbulent flow may occur closer to the leading edge due to pressure distribution. In this case, the viscous drag of the turbulent boundary layer induces a loss of vehicle performance. Thus, this work proposes the application of two methodologies for airfoil performance improvement typically used in medium range UAV projects. Firstly, it will be analyzed the application of distributed roughness, represented by the so-called Trips of the boundary layer, in specific points of the airfoil upper surface aiming to avoid the formation of laminar separation bubbles. Then the laminar-turbulent boundary layer transition delay technique will be analyzed using Laminar Flow Control (LFC), more specifically Natural Laminar Flow. This strategy involves altering the original geometry, seeking to extend the laminar boundary layer and reduce frictional drag. For this a numerical analysis software is used for airfoils under low Reynolds flow conditions. Results are compared using the drag polar metric. To quantify the gains, performance analysis will be executed.

IGOR BRAGA DE PAULA

2020-02-04

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.46713