CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Aerodynamic Study of Wing and Tail Interaction of an eVTOL Aircraft

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: ROJAS GREGORIO, JOSEP IGNASI

Departament: FIS

Títol: Aerodynamic Study of Wing and Tail Interaction of an eVTOL Aircraft

Data inici oferta: 25-01-2024     Data finalització oferta: 25-09-2024


Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIST AEROESP
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: EETAC
 
Segon director/a (UPC): MELLIBOVSKY ELSTEIN, FERNANDO PABLO
 
Paraules clau:
Aerodynamics; aircraft wing; aircraft tail; eVTOL; aircraft, wing-tail interaction, efficiency
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
Este TFG se centrará en hacer un estudio de la aerodinámica de ala y cola del prototipo actual de eVTOL de la empresa ONAerospace. Para ello, se va a optar por hacer primeramente un estudio de la aerodinámica del ala aislada, y, posteriormente, hacer un estudio conjunto de ala y cola (la cola es altamente dependiente del ala en términos de aerodinámica). Se realizará un estudio comparativo de diferentes perfiles alares y de cola, con diferentes configuraciones. El principal objetivo de este proyecto es llegar a la configuración más óptima posible (tanto en lo referente al tamaño, como la forma, orientación, tipología de ala y cola, etc.) teniendo en cuenta siempre las prestaciones o requisitos de diseño con los que se está diseñando el vehículo. Para ello, finalmente también se tendrá en cuenta el fuselaje del eVTOL. El esquema de trabajo es el siguiente:

1. Documentación bibliográfica sobre aspectos de diseño: tipos de perfiles alares, superficies de control, motores, configuración eficiencia, centro de gravedad, centro aerodinámico, etc.
2. Diseño del ala mediante software de diseño 3D (por determinar), realización de simulaciones mediante software de CFD (por determinar) y procesado de resultados para determinar el mejor diseño según las características requeridas. Para este punto, se tendrá también en consideración el diseño de fuselaje que proporcionado por ONAerospace.
3. Diseño del ala y la cola mediante software de diseño 3D (por determinar), realización de simulaciones mediante software de CFD (por determinar) y procesado de resultados para determinar el mejor diseño según las características requeridas. Para este punto, se tendrá también en consideración el diseño de fuselaje que proporcionado por ONAerospace.
4. Documentación sobre simulaciones en túnel de viento: materiales, condiciones para obtener resultados válidos, etc.
5. Pruebas en túnel de viento, comparación de resultados y análisis de los datos obtenidos,
6. En el caso que los resultados experimentales en túnel de viento sean muy diferentes a los obtenidos con simulaciones CFD, mejorar los modelos numéricos desarrollados en los pasos 2 y 3, para que proporcionen resultados más cercanos a la realidad.
 
Overview (resum en anglès):
In recent years, eVTOLs have emerged as a promising technological innovation in the field of urban air mobility, driven by the need for more sustainable, efficient, and versatile transportation solutions in densely populated areas. These aircraft offer a potential alternative to traditional ground transport, addressing urban congestion, reducing emissions, and providing faster, more flexible means of mobility. Their design, however, introduces new challenges. This project is centered on the design of a wing-tail configuration for an eVTOL aircraft, giving special attention to the interaction between both components, which plays a critical role in determining overall flight performance. The primary objective of the study is to determine the sizing, shaping, and positioning of the wing and the tail, assessing how the forces and moments generated by these components interact and affect the aircraft's behavior, while complying with the requirements given by ONAerospace. To achieve this, a preliminary design of both components has been carried out under free-stream conditions, focusing on their individual aerodynamic performance. Subsequently, an iterative process has been employed to analyze the combined lift and moment contributions, with special attention given to their impact on the aircraft's stability and ability to maintain a constant altitude. Computational tools such as SolidWorks have been used for geometric 3D modeling, while MATLAB has been employed to compute, refine, and plot the aerodynamic parameters. The results indicate that the wing design, based on empirical data, meets the expected lift production requirements across the specified flight conditions without needing design changes. The NACA 6412 airfoil utilized in the wing configuration contributes to stable lift production, eliminating the need for hyper-lift devices. The tail design, selected using volume coefficients, effectively balances the aircraft's moments. The achieved stability margin of 45.51% ensures that the aircraft remains stable and responsive, despite its prioritization of stability for medical applications. The aerodynamic efficiency, reflected by a lift-to-drag ratio between 10 and 13, is an acceptable value given the operational constraints. These results confirm that the final wing-tail design successfully meets the project's stability and performance criteria. However, future studies could further optimize efficiency by exploring alternative materials and conducting structural analyses.

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