Publicação
Multidisciplinary optimisation of an Unmanned Aerial Vehicle with a fuel cell powered energy system
| Resumo: | Para explorar a utilização de células de combustível a hidrogénio como alternativa viável aos combustíveis nocivos em veículos aéreos não-tripulados, um conceito de UAV de classe I foi desenvolvido no Centro de Investigação da Força Aérea (CIAFA). Este trabalho foca-se nos estudos trade-off realizados durante a sua conceção e na subsequente otimização. Primeiro, uma abordagem de otimização multi-objetivo foi utilizada com o auxílio do algoritmo genético NSGA-II para balancear dois objetivos em conflito: peso reduzido; e elevada autonomia. Conclui-se que é possível voar mais de três horas com um peso máximo à descolagem de 21,6 kg, uma célula de hidrogénio de 800 W e 148 g de hidrogénio. Uma configuração mais pesada com maior potência nominal e mais combustível foi descartada devido a um constragimento na envergadura. Posteriormente, com um conceito que satisfaz os requisitos impostos, uma abordagem multi-disciplinar (MDO) foi utilizada para maximizar a autonomia. O software utilizado foi o OpenAeroStruct, método dos elementos finitos (FEM) e o método da malha de vórtices (VLM) para modelar superfícies sustentadoras. Inicialmente, uma condição de cruzeiro e de carga foram utilizadas com torção geométrica da asa como variável de projeto. Posteriormente, maior complexidade foi introduzida atrav´es da utilização de afilamento, corda e envergadura. Finalmente, uma terceira condição de voo foi introduzida com o intuito de garantir o requisito de perda. Com a utilização de MDO foi possível aumentar a autonomia em 21% satisfazendo todos os requisitos. Este trabalho marca um passo importante no desenvolvimento de um futuro protótipo no Centro de Investigação. |
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| Autores principais: | Alves, Bernardo |
| Assunto: | MDO UAV Veículo verde Otimização multi-objetivo eVTOL Projeto conceptual Green aircraft Multi-objective optimisation Conceptual design |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Academia da Força Aérea |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Academia da Força Aérea |
| Resumo: | Para explorar a utilização de células de combustível a hidrogénio como alternativa viável aos combustíveis nocivos em veículos aéreos não-tripulados, um conceito de UAV de classe I foi desenvolvido no Centro de Investigação da Força Aérea (CIAFA). Este trabalho foca-se nos estudos trade-off realizados durante a sua conceção e na subsequente otimização. Primeiro, uma abordagem de otimização multi-objetivo foi utilizada com o auxílio do algoritmo genético NSGA-II para balancear dois objetivos em conflito: peso reduzido; e elevada autonomia. Conclui-se que é possível voar mais de três horas com um peso máximo à descolagem de 21,6 kg, uma célula de hidrogénio de 800 W e 148 g de hidrogénio. Uma configuração mais pesada com maior potência nominal e mais combustível foi descartada devido a um constragimento na envergadura. Posteriormente, com um conceito que satisfaz os requisitos impostos, uma abordagem multi-disciplinar (MDO) foi utilizada para maximizar a autonomia. O software utilizado foi o OpenAeroStruct, método dos elementos finitos (FEM) e o método da malha de vórtices (VLM) para modelar superfícies sustentadoras. Inicialmente, uma condição de cruzeiro e de carga foram utilizadas com torção geométrica da asa como variável de projeto. Posteriormente, maior complexidade foi introduzida atrav´es da utilização de afilamento, corda e envergadura. Finalmente, uma terceira condição de voo foi introduzida com o intuito de garantir o requisito de perda. Com a utilização de MDO foi possível aumentar a autonomia em 21% satisfazendo todos os requisitos. Este trabalho marca um passo importante no desenvolvimento de um futuro protótipo no Centro de Investigação. |
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