Tesis:
Estudio aerodinámico del estabilizador horizontal bioinspirado para un vehículo aéreo de tamaño reducido (MAV)
- Autor: BARROSO BARDERAS, Estela
- Título: Estudio aerodinámico del estabilizador horizontal bioinspirado para un vehículo aéreo de tamaño reducido (MAV)
- Fecha: 2024
- Materia:
- Escuela: E.T.S.I. AERONÁUTICA Y DEL ESPACIO
- Departamentos: AERONAVES Y VEHICULOS ESPACIALES
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/81163/
- Director/a 1º: RODRÍGUEZ SEVILLANO, Ángel Antonio
- Director/a 2º: BARDERA MORA, Rafael
- Resumen: Bird tails play a significant role in aerodynamics and stability during flight. This paper investigates the use of bio-inspired horizontal stabilizers for Micro Air Vehicles (MAVs) with a Zimmerman wing-body geometry. A selection of five tail shapes of the main types existing in nature is presented, a sensitivity analysis of the most relevant horizontal stabilizer geometric parameters for increasing the longitudinal stability of the vehicle is performed, and stationary CFD-RANS simulations are performed to obtain a higher fidelity analysis in order to obtain an optimal design of each horizontal stabilizer. Then, 3-component external balance force measurements of the optimal configurations of each horizontal stabilizer are performed in wind tunnel, and the square fan-shaped horizontal stabilizer (R.HSF-tail) is selected as the optimal horizontal stabilizer that will provide the highest aerodynamic efficiency while maintaining high longitudinal stability on the vehicle. In summary, this work represents an innovative investigation that focuses on improving both aerodynamic efficiency and longitudinal stability through the implementation of a horizontal stabilizer inspired by bird biomechanics, especially for vehicles of this type.
RESUMEN
Las colas de las aves desempeñan un papel muy importante en la aerodinámica y la estabilidad del vuelo. En este documento se investiga el uso de estabilizadores horizontales bioinspirados para micro-vehículos aéreos no tripulados con una geometría de cuerpo-ala Zimmerman. Se presenta una selección de cinco formas de cola de los principales tipos existentes en la naturaleza, se realiza un análisis de sensibilidad de los parámetros geométricos de estabilizador horizontal más relevantes para aumentar la estabilidad longitudinal del vehículo, y se realizan simulaciones CFD-RANS estacionarias para obtener un análisis de mayor fidelidad con el fin de obtener un diseño óptimo de cada estabilizador horizontal. A continuación, se realizan medidas de fuerzas con balanza externa de 3 componentes (específicamente diseñada, fabricada y calibrada en INTA para este propósito) de las configuraciones óptimas de cada estabilizador horizontal en túnel de viento, y se selecciona el estabilizador horizontal en forma de abanico cuadrado (R.HSF-tail) como el estabilizador horizontal óptimo que proporcionará la mayor eficiencia aerodinámica a la vez que mantendrá una alta estabilidad longitudinal en el vehículo. En resumen, este trabajo representa una investigación innovadora que se enfoca en mejorar tanto la eficiencia aerodinámica como la estabilidad longitudinal a través de la implementación de un estabilizador horizontal inspirado en la biomecánica de las aves, especialmente para vehículos de este tipo.