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Projecte llegit

Títol: Estudio aerodinámico, diseño y construcción de un modelo de UAV basado en blended wing body (BWB)

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: ROJAS GREGORIO, JOSEP IGNASI

Departament: FIS

Títol: Estudio aerodinámico, diseño y construcción de un modelo de UAV basado en blended wing body (BWB)

Data inici oferta: 10-02-2015     Data finalització oferta: 10-10-2015


Estudis d'assignació del projecte:
    Tipus: Individual
     
    Lloc de realització: EETAC
     
    Paraules clau:
    UAV, BWB, blended wing body, ala volante, reflexed camber airfoils, sistema de propulsión
     
    Descripció del contingut i pla d'activitats:
    Este TFG es la continuación de unas prácticas consistentes en
    el estudio aerodinámico, el diseño y la construcción de un
    modelo de UAV basado en un blended wing body (BWB) que mezcla
    el concepto de ala volante (que carece de cola) y una
    configuración de avión convencional (con cola). Esto hace que
    su diseño sea diferente y más complejo con respecto a un avión
    convencional en cuanto a estabilidad.

    En las prácticas se ha realizado un estudio de diferentes
    perfiles alares para el BWB, usando Fluent para simular las
    prestaciones de los mismos. Típicamente, los perfiles usados
    en BWB son los reflexed camber airfoils, que tienen como
    característica fundamental que su curvatura final es más
    convexa, lo que permite que el momento en el centro
    aerodinámico sea nulo o positivo.

    El TFG se centrará en la optimización del diseño ya creado en
    las prácticas y se realizará un análisis a fondo de
    aplicaciones potenciales del UAV proyectado. Asimismo, se
    intentará perfeccionar el comportamiento aerodinámico del
    diseño de UAV hasta la fecha, y se investigará el sistema de
    propulsión necesario para llevar a cabo las aplicaciones y
    misiones identificadas.

    El plan de trabajo es el siguiente:

    1) Documentación bibliográfica sobre aspectos del diseño
    de BWB, e.g., tipos de perfiles alares, superficies de
    control, motores, configuración del BWB, eficiencia,
    prestaciones, etc.
    2) Concepción de varios diseños para poder compararlos en
    el estudio aerodinámico con CFD.
    3) Generación de las geometrías de los diseños de BWB
    concebidos mediante un programa CAD para diseño 3D (Solid
    Works).
    4) Realización de simulaciones de las geometrías mediante
    software CFD. La intención es utilizar ANSYS FLUENT, puesto
    que se ha hecho algún curso básico de formación en este
    software y parece adecuado para hacer el estudio.
    5) Procesado de los resultados de las simulaciones para
    determina el mejor diseño de entre los modelos estudiados,
    atendiendo a las prestaciones aerodinámicas.
    6) Optimización del diseño y del comportamiento
    aerodinámico del UAV
    7) Construcción de los modelos a escala. Como paso
    previo, se obtendría documentación bibliográfica sobre tipos
    de materiales y formas de construcción de maquetas más
    adecuados.
    8) Análisis a fondo de aplicaciones potenciales del UAV
    proyectado
    9) Investigación del sistema de propulsión necesario para
    llevar a cabo las aplicaciones y misiones identificadas
     
    Overview (resum en anglès):

    During this project a Blended Wing Body (BWB) UA (Unmanned Aircraft) model is built. BWBs are a combination of a common airplane with tail control surfaces and a flying wing. BWBs lack tail control surfaces, which makes its design to be very different and more complex regarding stability.

    To first start the BWB design, some research has been done about the basic parameters of the BWB designs. Moreover, different airfoils are considered to improve the stability of the UA.

    Two designs are created and simulated with Computational Fluid Dynamics software: ANSYS Fluent. With this software, the basic aerodynamic parameters of the BWB models are obtained, i.e., the lift coefficient, drag coefficient and moment coefficients. A design is shown to be more efficient than the other one.
    Once the best model is selected, the CAD geometry is cut into different parts in order to allow a 3D printer to print the whole model in pieces. Once all the pieces are printed, the UA is assembled in three main parts (main fuselage, right and left wing)

    The next step is making the mould. As the 3D printed model has many imperfections, the plastic model should be puttied and sanded several times to achieve a smooth finish. The mould is made with glass fibre. The 3D plastic model is covered with resin and fiberglass. Finally when the mould is finished, Carbon fibre is used to build the UA in the mould.

    With all the simulations done it has been possible to know where the neutral point is and then locating the center of gravity. It has also been ensured that the UA can be trimmed at a desired angle of attack with any deflection of elevons. Moreover it has been learnt how to work with composite materials as well as organizing a project that involves so many areas.

    Since the beginning of this work the idea was going focus on more practical stuffs as well as combining it with theoretical knowledge. This has been possible and a composite UA has been built properly.

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