Ανάλυση της αεροδυναμικής αλληλεπίδρασης δρομέων
τετραπτέρου

Ζιάβρας, Χρήστος; Ziavras, Christos

dc.contributor.author	Ζιάβρας, Χρήστος	el
dc.contributor.author	Ziavras, Christos	en
dc.date.accessioned	2024-01-04T10:19:28Z
dc.date.available	2024-01-04T10:19:28Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58501
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26197
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αεροδυναμική αλληλεπίδραση	el
dc.subject	Πολύπτερο	el
dc.subject	Μη επανδρωμένα οχήματα	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση πτήσης	el
dc.subject	Τύρβη	el
dc.subject	Drones	en
dc.subject	Flight optimization	en
dc.subject	Wake interactions	en
dc.subject	High advancing helicopters	en
dc.title	Ανάλυση της αεροδυναμικής αλληλεπίδρασης δρομέων τετραπτέρου	el
dc.title	Analysis of the aerodynamic interactions of the rotors of a quadrotor	en
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Η εν λόγω διπλωματική εργασία παρουσιάζει μέρος των αποτελεσμάτων της αυτοχρηματοδοτούμενης έρευνας “Αεροδυναμική Αλληλεπίδραση δρομέων” του δικτύου AG-25 του οργανισμού GARTEUR. Η έρευνα που διεξήχθη πραγματεύεται την αλληλεπίδραση της ροής μεταξύ τεσσάρων ταχέων δρομέων ενός τετράπτερου σε χιαστί και σταυρωτή διάταξη με παράλληλη εναλλαγή των αποστάσεών τους.	el
heal.classification	Αεροδυναμική	el
heal.classification	Τύρβη	el
heal.classification	Αεροδυναμικές αλληλεπιδράσεις	el
heal.classification	Σχεδιασμός ελικοπτέρων	el
heal.classification	Drones	en
heal.classification	Flight optimisation	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-19
heal.abstract	Η εν λόγω διπλωματική εργασία παρουσιάζει μέρος των αποτελεσμάτων της αυτοχρηματοδοτούμενης έρευνας “Αεροδυναμική Αλληλεπίδραση δρομέων” του δικτύου AG-25 του οργανισμού GARTEUR. Η έρευνα που διεξήχθη πραγματεύεται την αλληλεπίδραση της ροής μεταξύ τεσσάρων ταχέων δρομέων ενός τετράπτερου σε χιαστί και σταυρωτή διάταξη με παράλληλη εναλλαγή των αποστάσεών τους. Κάθε ίδρυμα που εντάσσεται στο δίκτυο AG-25 μοντελοποίησε την πειραματική διάταξη αναφοράς με χρήση εσωτερικά (IN-HOUSE) ανεπτυγμένου λογισμικού και καινοτόμες παραδοχές. Σκοπός είναι η σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ των διαφόρων πανεπιστημίων και η ανάδειξη των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων των μεθόδων που εφαρμόστηκαν. Η μοντελοποίηση του πειράματος αναφοράς, που διεξήχθη από το ερευνητικό κέντρο DLR, ξεκίνησε με την χρήση του Μέσης Πιστότητας (Medium-Fidelity) κώδικα CORAL, όπου το αεροδυναμικό μέρος είναι δημιούργημα του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, και συγκεκριμένα με τη μέθοδο της γραμμής άνωσης. Σε εκείνη κάθε τομή του πτερυγίου έχει μόνο δύο κόμβους, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν την ακμή πρόσπτωσης και εκφυγής αντίστοιχα. Ουσιαστικά, η αεροτομή μετουσιώνεται σε επίπεδη πτέρυγα. Στην συνέχεια, τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με εκείνα της επιφάνειας άνωσης και της τριδιάστατης μεθόδου συνοριακών στοιχείων (3D panel). Στην λεπτή επιφάνεια άνωσης οι κόμβοι ανά τομή είναι περισσότεροι από δύο και αναπαράγουν την μέση καμπυλότητα της αεροτομής δημιουργώντας μια καμπύλη πτέρυγα, ενώ στο τρισδιάστατο σώμα διαμορφώνεται επακριβώς το σχήμα της αεροτομής. Η τελική αξιολόγηση των τετράγωνων διατάξεων, bearhug και breaststroke, ανέδειξε ότι η ευθυγράμμιση των πρόσθιων ρότορων δίπλαδίπλα (Side-by-Side) είναι απίστευτα ευεργετική. Ωστόσο, η ευθυγράμμιση μεταξύ των πρόσθιων και των πίσω ρότορων (τύπου Tandem) είχε έντονο αρνητικό αντίκτυπο στους πίσω ρότορες, καθώς αυτοί λειτουργούσαν εντός της κατακόρυφης ροής αέρα (downwash) που δημιουργούν οι πρόσθιοι. Παρόλα αυτά, ενθαρρυντικά αποτελέσματα προσέδωσαν οι αποστάσεις των ρότορων με ελαφρώς επικαλυπτόμενα πτερύγια, καθώς δεν ενίσχυαν μόνο την απόδοση των πρόσθιων ροτόρων όπως προαναφέρθηκε, αλλά επίσης επηρεάζαν θετικά τους πίσω ρότορες μέσω των παραγόμενων πλευρικών αλληλεπιδράσεων που δημιουργούσαν. Επιπλέον, τα πιο ενδιαφέροντα αποτελέσματα παρατηρήθηκαν για την διάταξη diamond. Για όλες τις μη επικαλυπτόμενες αποστάσεις των πτερυγίων, η συνολική παραγόμενη ώση της διάταξης ήταν μεγαλύτερη και η απαιτούμενη ισχύς ήταν μικρότερη από την περίπτωση των τεσσάρων ανεξάρτητων ρότορων. Το φαινόμενο αποδίδεται στη λειτουργία των πλευρικών δρομέων εντός της περιοχής ανόδου (upwash) που δημιουργούν οι αναδιπλούμενοι στρόβιλοι του ακροπτερυγίου (rolled-up tip vortices) στον πρώτο ρότορα. Συνολικά, τα αποτελέσματα είχαν πολύ μικρή απόκλιση από τα πειραματικά δεδομένα για όλες τις δοκιμές σε αρνητική κλίση πτήσης. Για θετική κλίση, οι γενικές μορφές (trends) των καμπυλών της ροπής ήταν επίσης ακριβείς, αλλά υπήρξε σημαντική απόκλιση στο μέτρο τους. Τέλος, τα παραπάνω ευρήματα της διπλωματικής δύνανται να είναι χρήσιμα για την βιομηχανία κατασκευής ταχέων πολυπτέρων, η οποία πάσχει από την απουσία εμπεριστατωμένης έρευνας αναφορικά με την οδηγικά βέλτιστη διάταξη και την απόσταση των δρομέων.	el
heal.abstract	This thesis presents the results of a self-funded research project called “Analysis of the aerodynamic interactions of the rotors of a quadrotor” initiated by the AG-25 group of the GARTUER framework. The main topic of this research is the investigation of the interactions between four high-speed rotors in a plus or a cross configuration, while alternating their rotor spacing. Vital role for the simulation of the stated configurations played the Medium-Fidelity CORAL software, whose aerodynamic code was developed by the fluids’ division of NTUA. Each institute that participated in the AG-25 group modeled the reference experiment with the use of an IN-HOUSE developed software and had the ability to set any partial boundary or initial conditions that would enhance the accuracy of the results. The aim of this project was the comparison of every software’s results and the acknowledgement of the best for the simulation of the flow. The reference experiment, that was conducted by the research center DLR, was initially reproduced by CORAL through the use of the lifting line method (L.L.). In L.L., each section had only two nodes describing the leading and trailing edge points of the airfoil, which therefore rendered it into a flat plate. Afterwards, the methods lifting surface (L.S.) and thick body panel method (T.B.) were utilized. At L.S. method each section had more than two nodes that shaped the mean curvature line of the airfoil, while at the T.B. method the nodes produced the exact shape of the airfoil. The final assessment of the square test cases, bearhug and breaststroke, revealed that the alignment of the front rotors in Side-by-Side configuration was extremely beneficial. However, the Tandem configuration among the front and the aft rotors had a significantly negative impact on the aft rotors, as they operated within the downwash generated by the front. Nonetheless, rotor hub distances with slightly overlapping blades presented the highest efficiency compared to the rest. Not only was the performance of the front rotors enhanced, but also the aft rotors were positively influenced by the side-byside interactions that these kinds of distances generated. Additionally, the most noteworthy results were calculated for the diamond test case. For all its non-overlapping hub distances the diamond’s total output thrust was higher and the required power was less than those of four single rotors. The main incendiary was the operation of the lateral rotors within the first rotor’s upwash regions, which were formed by its rolled-up tip vortices. Overall, the computational results demonstrated good agreement with the measured data for all the test cases at a negative rotor plane tilt. For a positive rotor plane tilt, the trends were also accurate, but there was a noticeable level difference in the magnitude of the numerical torque calculations. In conclusion, the presented research findings can be useful for the high-speed multicopter industry, since it lacks of solid research on optimized quadrotor configurations and rotors’ spacing	en
heal.advisorName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουλάκης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Αεροδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	62 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false