título: Análise comportamental de dutos no desempenho de propulsores destinados a drones e pequenos aeromodelos

Title: Behavioral analysis of ducts in the performance of propellants intended for drones and small model airplanes 

autor/author(s): Klann, M., Mailer, C. & Saldías, D.A.P.

RESUMO: Por décadas os meios de locomoção aéreos fazem parte do cotidiano do ser humano. Desde a invenção dos compressores axiais e posterior aplicação em turbinas destinadas à grandes aeronaves muito se obteve em relação à estudos de dinâmica pneumática. No entanto, muito precisa ser estudado em novas áreas, como o promissor uso dos drones para diversas atividades. Tais aparatos possuem conjuntos de hélices responsáveis pela propulsão vertical, gerando assim zonas de diferentes pressões. Dessa forma, o objetivo do presente estudo é a análise do uso de dutos (bocais) para a melhor eficiência dos propulsores através de um levantamento experimental, modelagem e simulação. O levantamento experimental permite mensurar a força exercida pelo sistema hélice-bocal. Para a construção do sistema experimental algumas peças foram projetadas e imprimidas através de uma impressora 3D, incluindo a hélice e dutos em questão. São utilizados também na parte mecânica: uma guia linear, perfil de alumínio e um rolamento. Eletronicamente tem-se um controlador para motor brushless, um microcontrolador e uma fonte de tensão contínua. Por meio de um software de simulação numérica o sistema experimental foi modelado e a força de empuxo obtida. Foram comparados os resultados experimentais e simulados possibilitando a distinção de comportamento entre os modelos testados, sendo que o uso de dutos mostrou-se pouco eficiente para a aplicação desejada. Com tais informações, espera-se que a modelagem e construção de drones sejam otimizadas e que novas pesquisas sejam feitas no ramo aeroespacial.

ABSTRACT: For decades the aerial means of locomotion have been part of the human being's daily life. Since the invention of axial compressors and subsequent application in turbines for large aircrafts, much has been achieved in relation to studies of pneumatic dynamics. However, much needs to be studied in new areas, such as the promising use of drones for various activities. Such devices have sets of propellers responsible for vertical propulsion, thus generating zones of different pressures. Thus, the objective of this study is to analyze the use of ducts (nozzles) for the best efficiency of the propellants through an experimental survey, modeling, and simulation. The experimental survey allows the force exerted by the propeller-nozzle system to be measured. To build the experimental system some parts were designed and printed using a 3D printer, including the propeller and ducts in question. Also used for the mechanical part are: a linear guide, an aluminum profile, and a bearing. Electronically there is a brushless motor controller, a microcontroller and a DC voltage supply. By means of numerical simulation software the experimental system was modeled and the thrust force obtained. The experimental and simulated results were compared, allowing the distinction of behavior between the models tested, and the use of ducts proved to be not very efficient for the desired application. With this information, it is expected that the modeling and construction of drones will be optimized and that new research will be done in the aerospace field.

PALAVRAS-CHAVE: Eficiência, dutos, propulsão, hélice.

KEYWORDS:  Efficiency, ducts, propulsion, propeller.

CITAÇÃO / CITATION: Klann, M., Mailer C. & Saldías D. A. P. Análise comportamental de dutos no desempenho de propulsores destinados a drones e pequenos aeromodelos. The Academic Society Journal, 3(3) 215-228, 2019. DOI: doi.org/10.32640/tasj.2019.3.215.