Numerical design and optimization of a rescue UAV s wing

Abstract

[EN] This final degree thesis focuses on the aircraft preliminary design aspect, specifically on the wing of a maritime rescue UAV. The work begins with an introduction explaining the migrant crisis in the Mediterranean Sea: migration routes, figures, and current measures. Then the proposed solution is explained: to employ a UAV that deploys life rafts. This thesis bases itself on another one to define the mission characteristics and overall performance of the UAV. Then, a market search is performed to find similar models, and more importantly, the airfoils used. After an analysis of these, the NACA 4415 is selected as the base airfoil. From there, the optimization process begins. The taper ratio, aspect ratio and swept angle is calculated to proceed with the twist. To calculate it, it is based on Prandtl¿s lifting line theory, developed in Matlab to get the optimal distribution of the twist along the wingspan. Finally, the geometric twist is implemented, creating the entire optimized wing, and we proceed to compare it with the base wing using the XFLR5 the overall improvement.

[ES] Este TFG se centra en el aspecto de diseño preliminar de una aeronave, específicamente en el ala de un UAV de rescate marítimo. El trabajo empieza con una introducción explicando la crisis de migrantes en el mar Mediterráneo: las rutas migratorias, las cifras, y las medidas actuales. Luego se procede a explicar la solución propuesta: emplear un UAV que despliegue balsas de salvamento. Este TFG se basa sobre otro TFG de grado para definir las características de la misión, y prestaciones generales del UAV. Después, se realiza una búsqueda de mercado para encontrar modelos similares, y más importante, los perfiles alares utilizados. Tras un análisis de estos, se selecciona el NACA 4415 como base. A partir de ahí, empieza el proceso de optimización. Se calcula el estrechamiento (taper ratio), el alargamiiento del ala (Aspect Ratio) y el ángulo de flecha (swept angle) óptimos, para proceder con el torsión geométrica. Para calcularlo, se basa en la teoría de la línea de sustentación de Prandtl (Prandtl¿s lifting line theory), y se desarrollan en un Matlab para sacar la distribución óptima de la torsión a lo largo de la envergadura. Finalmente se implementa la torsión geométrica, creando el ala entera optimizada, y se procede a compararla con el ala base utilizando el software XFLR5 para ver cuánto se ha mejorado.