Estudio CFD del empuje generado por las hélices de un dron cuatrimotor en condiciones de medida en túnel de viento y en flujo libre

Abstract

[ES] En el desarrollo de un dron que combina las características de una aeronave de ala fija con las de una aeronave de ala rotatoria, se estudia el comportamiento de su actuación mediante el uso de una herramienta de alta precisión como lo es la dinámica de fluidos computacional (CFD). Para ello, se analiza el empuje producido por las hélices, dentro de todo el rango de actuación posible. En primer lugar, se calculan varios casos de una hélice reproduciendo las condiciones de medida en el túnel de viento de CMT, con el objeto de validar el cálculo CFD con las medidas experimentales efectuadas en el túnel. Seguidamente se obtienen los resultados de estos mismos casos bajo condiciones de flujo libre, con lo que se podrá analizar así la influencia de las paredes del túnel de viento sobre las medidas y cálculos. A continuación, se calculan diferentes casos en condiciones de flujo libre, desde bajas velocidades hasta altas velocidades para diferentes pasos de avance, con el objetivo de generar un mapa de actuación de la hélice y poder así conocer el comportamiento de la hélice bajo condiciones reales. Estos resultados podrán servir, eventualmente, para analizar la validez de teorías simplificadas utilizadas en estos casos como, por ejemplo, la teoría de disco actuador.

[EN] In the development of a drone that combines the characteristics of a fixed-wing aircraft with those of a rotary-wing aircraft, the behaviour of its performance is studied through the use of a high-precision tool such as computational fluid dynamics (CFD). For this purpose, the thrust produced by the propellers is analysed, within the whole range of possible actuation. First, several cases of a propeller are calculated by reproducing the measurement conditions in the CMT wind tunnel, in order to validate the CFD calculation with the experimental measurements carried out in the tunnel. The results of these same cases are then obtained under free-flow conditions, so that the influence of the wind tunnel walls on the measurements and calculations can be analysed. Then, different cases are calculated under free-flow conditions, from low speeds to high speeds for different advance ratios, in order to generate a propeller performance map and thus be able to know the behaviour of the propeller under real conditions. These results may eventually be used to analyse the validity of simplified theories used in these cases, such as, for example, the actuating disc theory

[CA] En el desenvolupament d’un dron que combina les caracter´ıstiques d’una aeronau d’ala fixa amb les d’una aeronau d’ala rotat`oria, es fa un estudi del comportament de la seua actuaci´o mitjan¸cant l’´us d’una ferramenta d’elevada precisi´o com ho ´es la din`amica de fluids computacional (CFD). Per aix`o, es fa l’an`alisi de l’empenyiment produ¨ıt per les h`elices, dins de tot el rang d’actuaci´o possible. En primer lloc, es calculen diversos casos d’una h`elice reproduint les condicions de mesura en el t´unel de vent de CMT, amb l’objectiu de validar el c`alcul CFD amb les mesures experimentals efectuades al t´unel. Seguidament s’obtenen els resultats d’aquests mateixos casos, baix condicions de flux lliure, amb el qual es podr`a analitzar d’aquesta manera la influ`encia de les parets del t´unel de vent sobre les mesures i c`alculs. A continuaci´o, es calculen diferents casos en condicions de flux lliure, des de baixes velocitats fins a altes velocitats per a diferents passos d’avantatge, amb l’objectiu de generar un mapa d’actuaci´o de l’h`elix i aix´ı poder con´eixer el comportament en aquests casos com, per exemple, la teoria del disc actuador