Žemės efekto įtakos bepiločio orlaivio skrydžių charakteristikoms skaitinė analizė
Daugėla, Ignas | Recenzentas / Rewiewer |
Darbo gynimo komisijos pirmininkas / Thesis Defence Board Chairman | |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member | |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member | |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member | |
Darbo gynimo komisijos narys / Thesis Defence Board Member |
Baigiamajame magistro darbe tiriami daugiasraigčio bepiločio orlaivio (drono) propelerių charakteristikų ir srautų judėjimo pokyčiai, atsirandantys dėl žemės efekto. Bepiločiam orlaiviui artėjant prie žemės, dėl atsirandančio žemės ekrano efekto ir propelerių tarpusavio sąveikos padidėja propelerių trauka ir labai keičiasi oro srautų judėjimo kryptys. Dėl šių priežasčių atsiranda orlaivio svyravimai ir jėgų disbalansas, dronui tampa sudėtinga tiksliai išlaikyti poziciją ir nutūpti. Apžvelgus galimus tyrimo metodus žemės efekto ir bepiločio orlaivio propelerių sąveikai tirti pasirinkta skaitinė analizė taikant kompiuterinį skysčių dinamikos modeliavimą (CFD). Naudojantis programa ANSYS Fluent, buvo atliktas drono DJI Phantom 3 propelerių simuliavimas keičiant atstumą iki žemės paviršiaus ir tarp propelerių sukimosi ašių. Aprašoma nagrinėjamos srities geometrija ir validuojamas sugeneruotas tūrio tinklelis. Atliekami simuliavimai su vienu propeleriu ir su dviem propeleriais, apskaičiuojami propelerio traukos, jėgos momento dydžiai, santykiai ir procentinės išraiškos. Gauti tyrimo rezultatai palyginami su kitų tyrimų duomenimis, taip pat papildomas dėmesys skiriamas oro srautų greičio, slėgio ir sūkuringumo reikšmių analizei. Rezultatai pateikiami lentelių, grafikų ir vaizdo kontūrų pavidalu. Pateikiamos tyrimo išvados, rodančios, kad didinant atstumą tarp propelerių, mažėja jų tarpusavio sąveika ir dėl to sumažėja žemės efekto metu sukeliami svyravimai ir pagerėja orlaivio stabilumas.Darbą sudaro 7 dalys: įvadas, literatūros apžvalga, tyrimo metodologija, tyrimas su vienu propeleriu, tyrimas su keliais propeleriais, išvados ir rekomendacijos, literatūros sąrašas. Darbo apimtis - 85 p. teksto be priedų, 60 iliustracijų, 11 lentelių, 56 bibliografiniai šaltiniai. Atskirai pridedami darbo priedai.
The final master's thesis examines the changes of a quadcopter drone propeller characteristics and airflow behaviour due to occurrence of ground effect and interaction between drone propellers. As the UAV approaches ground or fixed obstacle, the propellers experience an increase of thrust and a drastic change of airflow movement thanks to several aerodynamic effects that can lead to severe flight instability and challenges with precise landing. After analysing different possible research methods, a numerical analysis using computational fluid dynamics (CFD) is considered. This such methodology is developed on a DJI Phantom 3 drone propeller by creating a geometrical analysis model and a volume mesh. Computational simulations using ANSYS Fluent software are applied to reproduce the downwash flow generated by hovering single and dual propellers over various heights from ground and different distances between propellers. A validation of volume mesh and simulation models is completed. Propeller thrust, torque and various ratios are calculated. The results of the investigation are compared with a set of data found in other sources, particular attention is paid to the flow development, airflow speed, pressure and vorticity. Results are presented in tables, graphs and visual field contours. Based on obtained data, it is concluded that by increasing the distance between rotating propellers, the flow interaction between them decreases. As a result, the drone's stability increases and the magnitude of potential oscillations due to ground effect decreases.The paper comprises 7 parts: introduction, literature review, numerical analysis methodology, simulation results with single propeller, simulation results with dual propellers, conclusions and recommendations, references. This thesis consists of 85 pages of text without appendixes, 60 pictures, 11 tables, 56 bibliographical entries. Appendixes included.