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Título: Diseño de un mecanismo rígido-elástico para perfiles aerodinámicos de geometría variable con aplicación en vehículos aéreos no tripulados considerando los requerimientos de misión y transformación.
Autor: Alulema Pullupaxi, Victor Hugo
Director: Valencia Torres, Esteban Alejandro
Palabras clave: MECANISMOS
OPTIMIZACIÓN
AERODINÁMICA
GEOMETRÍA VARIABLE
Fecha de publicación: 8-jul-2024
Editorial: Quito : EPN, 2024.
Citación: Alulema Pullupaxi, V.H.(2024). Diseño de un mecanismo rígido-elástico para perfiles aerodinámicos de geometría variable con aplicación en vehículos aéreos no tripulados considerando los requerimientos de misión y transformación.
Resumen: This work presents the design and optimization of a mechanism for the geometric transformation of aerodynamic profiles in unmanned aerial vehicles (UAVs), considering mission and transformation requirements. A new mechanism has been developed that combines the durability, structural stability, and mechanical efficiency of articulated mechanisms with the simplicity, reduced weight, and precise movement of elastic mechanisms. Additionally, a multidisciplinary approach is introduced that couples the disciplines of aerodynamics and aeroelasticity, evaluating the Fluid-Structure interaction. An open-source environment implemented in the Python language and executed on Linux OS has been developed. It consists of an aerodynamic solver based on the panel method, a finite element solver to evaluate the elastic behavior of the mechanism, and a parameterization and geometric manipulation module. These components have been coupled into routines for aerodynamic optimization, fluid-structure interaction, and multidisciplinary optimization. For aerodynamic optimization, a gradient-based algorithm (SLSQP) has been used. Finally, optimal aerodynamic profiles have been determined, reducing the drag coefficient (Cd) by up to 20% in a single operating condition, and by up to 13% considering multiple operating points simultaneously. The importance of fluid-structure interaction in the design of the mechanism and the utility of multidisciplinary optimization in adequately modeling the physical behavior of the mechanism and meeting constraints from other disciplines such as manufacturing and flight performance is highlighted, avoiding infeasible solutions generated by single-discipline optimization.
Descripción: Este trabajo presenta el diseño y optimización de un mecanismo para la transformación geométrica de perfiles aerodinámicos en vehículos aéreos no tripulados (UAV), considerando los requerimientos de misión y transformación. Se ha desarrollado un nuevo mecanismo que combina la durabilidad, estabilidad estructural y eficiencia mecánica de los mecanismos articulados con la simplicidad, peso reducido y movimiento preciso de los mecanismos elásticos. Además, se introduce un enfoque multidisciplinario que acopla las disciplinas de aerodinámica y aeroelasticidad, evaluando la interacción Fluido-Estructura. Se ha desarrollado un entorno de código abierto implementado en el lenguaje Python y ejecutado en Linux OS, que consiste en un solucionador aerodinámico basado en el método del panel, un solucionador de elementos finitos para evaluar el comportamiento elástico del mecanismo, y un módulo de parametrización y manipulación geométrica. Estos componentes se han acoplado en rutinas de optimización aerodinámica, interacción fluido-estructura, optimización multidisciplinaria. Para la optimización aerodinámica se ha empleado un algoritmo basado en gradiente (SLSQP). Finalmente, se han determinado perfiles aerodinámicos óptimos que reducen hasta un 20% el coeficiente de arrastre (Cd) en una sola condición de operación, y hasta un 13% considerando varios puntos de operación simultáneamente. Se destaca la importancia de la interacción fluido-estructura en el diseño del mecanismo y la utilidad de la optimización multidisciplinaria para modelar adecuadamente el comportamiento físico del mecanismo y cumplir con restricciones otras disciplinas como manufactura y desempeño de vuelo, evitando soluciones no factibles como las generadas por la optimización de una sola disciplina.
URI: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/25721
Tipo: masterThesis
Aparece en las colecciones:Tesis Maestría en Diseño y Simulación (FIM)

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