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Title: Optimización de una superficie aerodinámica de geometría variable para vehículos aéreos no tripulados (UAVs).
Authors: Ayala Cadena, Byron Gustavo
Keywords: ALGORITMO GENÉTICO
GEOMETRÍA
Issue Date: 6-Jan-2022
Publisher: Quito, 2022
Citation: Ayala Cadena, B. G. (2022). Optimización de una superficie aerodinámica de geometría variable para vehículos aéreos no tripulados (UAVs). 118 hojas. Quito : EPN.
Abstract: In the last decade, variable camber morphing wings have evolved in the technique of transforming the leading edge and the trailing edge using compliant mechanisms to improve their structural and aerodynamic characteristics. The optimization of these mechanisms requires a multidisciplinary approach, aerodynamic and structural, to meet the goal of increasing the flight autonomy of an unmanned aerial vehicle (UAV), subject to geometric restrictions to achieve the best adapted mechanism. This work presents a systematic approach to optimize a 2D compliant mechanism to carry out the required shape changes under distributed loads for the baseline airfoil (NACA 0012). To minimize the force applied through a servomotor to transform and preserve the deformed geometry of the baseline airfoil towards the target profile (NACA 8412). This methodology uses MATLAB, GMSH, XFOIL, and CALCULIX to optimize the flexible mechanism using a genetic algorithm (GA). The mechanism with the resulting structure can perform the transformation to the target profile with a maximum curve fitting error of 0,92% and with an applied force of 0,16 N at the leading edge and 0,07 N at the trailing edge, lower than required by the baseline configuration, the reduction resulted in lower power consumption by the servomotor and greater autotomy of the UAV. The experimental data of the model confirm the feasibility of this approach.
Description: En la última década las alas de geometría variable han evolucionado en la técnica de transformar el borde de ataque y el borde de salida utilizando mecanismos flexibles para mejorar sus características estructurales y aerodinámicas. La optimización de estos mecanismos requiere de un análisis multidisciplinario, aerodinámico y estructural, para cumplir con el objetivo de incrementar la autonomía de vuelo de un vehículo aéreo no tripulado (UAV), sujeto a las restricciones geométricas para conseguir el mecanismo mejor adaptado. Este trabajo presenta un enfoque sistemático para la optimización de un mecanismo flexible 2D para llevar a cabo los cambios de forma requeridos bajo cargas distribuidas sobre el perfil aerodinámico base (NACA 0012). Con el fin de minimizar la fuerza aplicada a través de un servomotor para transformar y conservar la geometría deformada del perfil aerodinámico base hacia el perfil objetivo (NACA 8412). Esta metodología utiliza MATLAB, GMSH, XFOIL y CALCULIX para optimizar el mecanismo flexible mediante un algoritmo genético (GA). El mecanismo con la estructura resultante es capaz de realizar la transformación al perfil objetivo con un error de ajuste de curvas máximo de 0,92 % y con una fuerza aplicada de 0,16 N en el borde ataque y 0,07 N en el borde de salida, mucho menores a las requeridas en la configuración base, reducción traducida en un menor consumo de energía por el servomotor y aumento de autotomía del UAV. Los datos experimentales del modelo confirman la viabilidad de este enfoque.
URI: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/22026
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