Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Determining the Aerodynamic Characteristics of a Propeller-Driven Anti-UAV Fighter While Designing Air Propellers

Loginov Vasyl, Ukrainets Yevgen, Popov Viktor, Spirkin Yevgen

Transactions on Aerospace Research

|

2021

|

Nr 4 (265)

53--67

EN

Given the rising importance of unmanned aerial vehicles (UAVs), this article addresses the urgent scientific problem of determining the aerodynamic characteristics of a UAV while laying out the propellers for the wings. We discuss the methodology for experimental wind-tunnel studies of aircraft configurations with propellers. It is shown that a characteristic feature of the configuration small-elongation wing with propellers is the absence of elements that are not affected by propellers. This feature makes it difficult to implement and automate a wind tunnel experiment, since there are problems with providing similar criteria for a working propeller; it is difficult to achieve perfect balancing for solid drive propellers, which causes vibration, the level of which depends on uncontrolled factors; the inability to neglect the presence of the body elements influence to the blades of propellers; the difficulty of direct measuring propeller thrust and torque. The presented methodology involves the integrated usage of experimental and numerical methods to eliminate the difficulties in conducting physical experiments in a wind tunnel. This approach makes it possible to combine the high credibility of experimental data in the study of the physical essence of phenomena with high efficiency and accuracy in determining aerodynamic characteristics by numerical methods. Using this approach, we established dependences of the aerodynamic characteristics of the small-elongation wing configuration with counter-rotating propellers on the geometric and kinematic parameters of the configuration for other extensions and constrictions of the wings. These data can serve as the basis for the development of recommendations for the selection of sensible geometric parameters of the aerodynamic configuration of a small-elongation wing with counter-rotating propellers.

PL

W artykule podjęto problem wyznaczania charakterystyk aerodynamicznych podczas projektowania śmigieł do skrzydeł małych bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Omówiono metodykę eksperymentalnych badań nad różnymi konfiguracjami statków ze śmigłami w tunelu aerodynamicznym. Wykazano, że konfiguracje skrzydła o małym wydłużeniu ze śmigłami charakteryzują się brakiem elementów, na które śmigła nie mają wpływu. Cecha ta utrudnia realizację i automatyzację eksperymentów w tunelu aerodynamicznym, powodując problemy z zapewnieniem podobnych warunków do pracy śmigła, trudność w uzyskaniu idealnego wyważenia dla śmigieł z napędem stałym, drgania, których intensywność zależy od niekontrolowanych czynników, niemożność pominięcia obecności elementów nadwozia oddziałujących na łopaty śmigieł oraz trudność bezpośredniego pomiaru ciągu i momentu obrotowego śmigła. Przedstawiona metodyka polega na zintegrowanym wykorzystaniu metod eksperymentalnych i numerycznych w celu wyeliminowania trudności w przeprowadzaniu eksperymentów w tunelu aerodynamicznym. Takie podejście pozwala na połączenie wysokiej wiarygodności danych doświadczalnych w badaniu fizycznej istoty zjawisk z wysoką efektywnością i dokładnością wyznaczania charakterystyk aerodynamicznych metodami numerycznymi. Ustalono zależności charakterystyk aerodynamicznych konfiguracji skrzydła o małym wydłużeniu ze śmigłami przeciwbieżnymi od parametrów geometrycznych i kinematycznych konfiguracji dla innych wydłużeń i zwężeń skrzydeł. Wyniki te mogą stanowić podstawę do opracowania zaleceń dotyczących doboru racjonalnych parametrów geometrycznych konfiguracji aerodynamicznej skrzydła o małym wydłużeniu ze śmigłami przeciwbieżnymi.

2

Hydrodynamic analysis of noise propagation by the high skew marine propeller working in non-uniform inflow

Hadipour A., Abadi K. A. V., Khanzadi H., Motahari H.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2021

|

Vol. 26, no. 1

104--121

EN

Being able to predict ship and marine propulsion noise is an important issue for naval architectures and the international maritime community. The main objective of this paper is the numerical investigation on the noise propagation by the high skew marine propeller working in a non-uniform inflow via RANS solver in the broadband frequency range. The pressure fluctuations were monitored at three points on the propeller blade, then by using the FFT operator we computed the blade passing frequency (BPF) for different propeller loading conditions. Based on these pressure pulses and adopting the Fowcs Williams-Hawking model we calculated noise radiated at the monitoring points. The results showed the BPF and noise level increased by increasing the load on the blades and we also observed that the noise generated at the leading edge was greater than at other points. Furthermore, the study of pressure fluctuations showed the propeller tip has more pressure variations in one revolution than other regions of the propeller surface.

3

Wind tunnel tests of hovering propellers in the transition state of Quad-Plane

Pobikrowska Katarzyna, Goetzendorf-Grabowski Tomasz

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 6

art. no. e138821

EN

The following paper presents wind tunnel investigation of aerodynamic characteristics of hovering propellers. This propulsion system may be applied on a lightweight Quad Plane VTOL (Vertical Take-Off and Landing) UAV (Unmanned Aerial Vehicle). A Quad Plane is a configuration consisting of a quadcopter design combined with a conventional twin-boom airplane. This kind of design should therefore incorporate the advantages of both types of vehicles in terms of agility and long endurance. However, those benefits may come with a cost of worse performance and higher energy consumption. The characteristics of a fixed-wing aircraft and propellers in axial inflow are well documented, less attention is put to non-axial flow cases. VTOL propellers of a hybrid UAV are subject to a multitude of conditions – various inflow speeds and angles, changing RPMs, interference between propellers and between nearby aerodynamic structures. The tested system presented in this article consists of four electric motors with two coaxial pairs of propellers mounted on one of the fuselage beams. Such a configuration is often chosen by designers of small and medium hybrid UAVs. There is a need for studies of clean, efficient ways of transporting, and this article can aid future designers of a new type of electric UAVs.

4

Numerical simulations of the flows past rotating geometries

Simon Jakub, Stankiewicz Witold

Vibrations in Physical Systems

|

2020

|

Vol. 31, nr 3

art. no. 2020318

EN

In the present paper the numerical approach for the modeling of the flow past rotating geometries is presented. Practical methods for two cases are described: the one where whole domain is moving with uniform angular velocity, where the rotation might be included in the governing equations only (in the terms related to Coriolis and centrifugal forces), and the one where part of the domain is rotating, whereas another one is stationary. The second case is illustrated by examples describing the steady and transient flow around a rotating propeller and by a centrifugal pump. Simulations are performed using OpenFOAM CFD solver, with the models covering flow rotation: MRF (multiple reference frame) and AMI (arbitrary mesh interface).

5

Assessment of the Influence of the Propeller’s Geometry on Acoustic Parameters of Propeller Drive System

Nowacki Marcin

Journal of Mechanical and Transport Engineering

|

2019

|

Vol. 71, No 2

15--23

EN

The operation of propeller propulsion systems is conditioned by the fulfillment of increasingly stringent admissible standards related to noise emission. Good drive parameters indicate the purposefulness of their use. On the other hand, the constraints in the form of noise reduction contribute to the search for ways to develop the geometry of the so-called "Silent propellers”. This geometry depends on the aerodynamic parameters of the propeller profile, its rotational speed, the number of blades, pitch, etc. Determining the relationship between these parameters is crucial to the development of a new construction. Therefore, the stationary tests of available construction of propellers in terms of their acoustic impact on the surroundings were carried out. On the basis of the research, the structure analysis wasperformed on the acoustic parameters of the drive.

PL

Eksploatacja śmigłowych układów napędowych jest uwarunkowana spełnieniem coraz bardziej rygorystycznych dopuszczalnych norm związanych z emisją hałasu. Dobre parametry napędowe wskazują na celowość ich stosowania. Natomiast stawiane uwarunkowania w postaci ograniczenia hałasu przyczyniają się do poszukiwania sposobów na opracowanie geometrii tzw. „cichych śmigieł”. Geometria ta zależy od parametrów aerodynamicznych profilu śmigła, jego prędkości obrotowej, liczby łopat, skoku itp. Wyznaczenie zależności między tymi parametrami jest kluczowe do opracowania nowej konstrukcji. W związku z tym przeprowadzono badania stanowiskowe dostępnych konstrukcji śmigieł pod względem ich oddziaływania akustycznego na otoczenie. Na podstawie badań przeprowadzono analizę wpływu konstrukcji na parametry akustyczne napędu.

6

Modified virtual blade method for propeller modelling

Stajuda M., Obidowski D., Karczewski M., Jóźwik K.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 22, nr 2

603--617

EN

The emergence of large, propeller-based aircraft has revived interest in propeller design and optimization with the use of numerical methods. The flow complexity and computational time necessary to solve complicated flow patterns trailing behind rotating blades, created a need for faster than fully resolved 3D CFD, yet comparably accurate methods for validating multiple design points in shorter time. Improved Virtual Blade Method (VBM) for 2-bladed propeller, including method implementation, analysis and validation against 3D numerical and experimental data is presented. The study introduces adjustments to the original method, accounting for differences between VBM and fully resolved numerical models. These modifications prove to increase the model accuracy for the propeller under consideration and could potentially be applied for different blade configurations as well. The modified Virtual Blade Method allows one to compute the propeller performance with comparable accuracy to 3D CFD computation using only 10% of time needed for one computational point.

7

Determination of probabilities defining safety of a sea-going ship during performance of a transportation task in stormy weather conditions

Girtler J.

Journal of Polish CIMEEAC

|

2017

|

Vol. 12, no 1

21--30

EN

The paper presents the possibility of applying the theory of semi-Markov processes to determine the limiting distribution for the process of changes of technical states being reliability states of the systems of sea-going ships significantly affecting safety of such ships, which include main engine, propeller and steering gear. The distribution concerns the probabilities of occurrence of the said states defined for a long time of ship operation (t → ∞). The considered states are as follows: s0 – full ability state of the systems, i.e.: main engine, propeller and steering gear, s1 – inability state of the main engine, s2 – inability state of the propeller, s3 – inability state of the steering gear. Significance of the systems for safety of the ships at sea was demonstrated herein. General conditions for performing transportation tasks by the ships, with particular regard to stormy conditions, were also here described.

8

Development of a CFD model for propeller simulation

Stajuda M., Karczewski M., Obidowski D., Jóźwik K.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 20, nr 4

579--593

EN

The article presents a development of numerical model for a single propeller simulation and comparison of obtained results with experimental data available from a test campaign in scale 1:1. Described simulation is a steady state computation taking advantage of Multiple Reference Frame model implemented in Ansys CFX. The paper includes an analysis of rotating domain thickness influence on numerical values of thrust and power. The results indicate that this type of simulation may be sensitive to the sizing of rotating domain especially when disc solidity is low, or when the number of blades is 2, a frequent situation in all electric flight vehicles. The analysis shows that performing simulations, using one domain sizing, for a number of flight scenarios requiring analysis of a few rotational speeds can produce unintuitive results. Therefore, it is suggested to calibrate the model, preferably by experimental results.

9

Wyznaczanie i standaryzacja osiągów samolotu z silnikiem elektrycznymi śmigłem o stałym skoku

Jakielaszek Z., Nowakowski M.

Logistyka

|

2014

|

nr 6

4704-4715

PL

W pracy omówiono metodykę wyznaczania i standaryzacji osiągów statku powietrznego z danych uzyskanych z badań w locie i badań hamownianych. Źródłem problemu jest brak możliwości zapewnienia identycznych dla każdego badania i tożsamych z warunkami atmosfery standardowej warunków każdego badania/lotu badawczego. Z tego powodu dane badań w locie muszą być uzupełniane i uzgadniane z wynikami badań laboratoryjnych. W artykule przedstawiono tło omawianego zagadnienia, zwięźle scharakteryzowano metody obliczeniowe wykorzystywane do opracowania danych z prób w locie oraz opisano metodykę standaryzacji do warunków Międzynarodowej Atmosfery Wzorcowej dla statku powietrznego (SP) z napędem elektrycznym i śmigłem o stałym skoku. Przedstawiono również wyniki badań napędu elektrycznego SP na hamowni i przykład wyznaczenia osiągów SP na podstawie uzyskanych wyników. W odniesieniu do SP z napędem elektrycznym przedstawione rozwiązania stanowią autorską propozycję zespołu badawczego ITWL.

EN

The methodology of the aircraft performance determination and standardization has been described. The procedure utilizes the flight test data and results of a laboratory test stand experiments. The problem itself stems from discrepancy of the real flight tests conditions from a Standard Atmosphere reference. For that reason the flight test data should be complemented frequently by the laboratory test data. In the paper the issue background has been briefly described, selected test flights data recalculation methods have been presented and the methodology of the aircraft performance parameters normalization to the Standard Atmosphere conditions has been characterized. All of this is illustrated with an example of the electrically driven plane with a propeller of a fixed configuration. The analysis itself accounts for the electric motor laboratory test stand experimental data. Regarding this particular aircraft powering the presented solutions is an original AFIT team achievement.

10

Recykling śmigel elektrowni wiatrowych

Foltynowicz Z.

Recykling

|

2012

|

nr 5

34--36

PL

W krajobrazie Polski pojawia się coraz więcej charakterystycznych wiatraków, które zamiast ziarna „mielą” wiatr i zamieniają go w ekologiczną energię elektryczną. W Polsce jest to nowość. W innych krajach (Dania, Niemcy, kraje skandynawskie) stare wiatraki wymieniane są na te nowszej generacji. Wówczas pojawia się problem, co zrobić np. ze starymi śmigłami? Jak je utylizować? Skierować na składowisko odpadów? Trzeba wtedy ponieść koszty składowania, a od niedawna nie pozwala na to dyrektywa odpadowa. Ponadto szkoda cennych tworzyw z których są wykonane. W związku z tym poszukuje się efektywnych i ekonomicznie uzasadnionych metod ich utylizacji.

11

Badanie i dobór elektrycznych jednostek napędowych wielowirnikowego robota latającego

Gardecki S., Kasiński A.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 1

80-83

PL

Artykuł omawia metody doboru elementów składających się na jednostkę napędową wielowirnikowego robota latającego. Przedstawiono wymagania, jakie powinny spełniać badane jednostki napędowe. Praca zawiera przykładowe wyniki testów przeprowadzonych na hamowni oraz wyciągnięte na ich podstawie wnioski. Przeprowadzone badania pokazują, że nie jest konieczna budowa dedykowanych regulatorów obrotów, czy też modyfikowanie gotowych układów, by mogły być one stosowane jako napęd do wielowirnikowych robotów latających. Na podstawie przeprowadzonych testów zaobserwowano, że pomimo zastosowania zestawów składających się z identycznych elementów, otrzymane charakterystyki znacząco się różnią. Prowadzi to do trudności w stabilizacji robota podczas lotu, a także skraca jego czas pracy.

EN

This paper discusses selection criteria and assumptions for multi-rotor flying robot actuators. Results of tests for units made of electrical (high rpm) motors, propellers and rotation speed governors are presented in Section 2 (Fig. 1). Driving units were selected by three tests (Section 4). The first one allowed specifying the maximum thrust of a tested driving unit (Fig. 5). The second test simulated the work of a driving unit during stabilizing movements of the flying platform (Fig. 6). The purpose was to determine the quadrocopter reaction rate to changes in the control signal. The third test was related to simulating tilting of the platform while maneuvering (Fig. 7). In another series of tests the frequency of the pulse speed governor was increased from 45 to 400 Hz (Fig. 8). The conclusions are based on the tests results. The general one is that the typical governors can be used in multi-rotor UAV without particular modifications and there is no need to design customized governors. However, it was observed that driving units made of elements having identical nominal parameters, had quite different regulatory characteristics (Fig. 10). Due to it, stabilization was more difficult and, at the same time, the power consumption increased. The experiments were conducted with a dedicated measurement system (Fig. 4, Section 3). The representative number of motors, propellers and rotation speed governors was tested and compared in order to select the optimal driving unit, satisfying the initial assumptions and criteria.

12

Wyznaczanie charakterystyk aerodynamicznych śmigła metodą nieliniowej linii nośnej

Strzelczyk P.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2000

|

nr 117, vol. 1

115--120

PL

Referat prezentuje model aerodynamiki śmigła oparty na koncepcji linii nośnej, z nieliniową charakterystyką nośności profilu lotniczego. Założona postać współczynnika siły nośnej w funkcji kąta natarcia pozwala na sformułowanie równania całkowego linii nośnej bez dodatkowych założeń o "małych" wartościach prędkości indukowanych. W obecnej wersji modelu zakłada się, że wiry swobodne mając postać linii śrubowej o stałym skoku. Wartość linii śrubowej jest uzależniona od kinematycznych warunków napływu, a w przypadku śmigła umiarkowanie obciążonego, również od prędkości indukowanych. W obliczeniach zastosowano asymptotyczne formuły Lerbsa dla wirów śrubowych.

EN

The paper presents a lifting line type theory of propeller with non-linear lift curve of airfoil. The properly chosen form of lift curve allows us to build a lifting line model of propeller, without any assumptions concerning of induced velocities or induced angles of attack. The present theory assumes regular, helical form of the wake. The pitch angle of vortex lines depends on inflow conditions. In the case of moderately loaded propeller the pitch is dependent also on induced velocities. In the presented calculations the Lerbs asymptotic formulas for helical vortices has been employed to reduce time of calculations.

13

Wybrane własności pola prędkości indukowanego przez śmigło w warunkach pracy statycznej

Strzelczyk P.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2000

|

Nr 2 (161)

5-9

PL

W referacie przedstawiono wyniki pomiarów pola prędkości za śmigłem pracującym w miejscu. Badania przeprowadzono przy pomocy trójwłóknowej sondy termoanemometrycznej typu zespolonego. Wyniki przedstawiono zarówno w formie przebiegów czasowych, jak i wielkości statystycznych opisujących badany przepływ. Przeprowadzono jakościową analizę uzyskanych wyników, jak również porównano je z danymi eksperymentalnymi uzyskanymi przez innych autorów, z zastosowaniem innych technik pomiarowych (np. LDV).

EN

The paper presents results of measurements of air velocity induced by propeller at static conditions. The tests were conducted by use of triple hot-wire probe with three perpendicular wires. The results are presented in the form of time-dependent series, as well as statistical properties of investigated flow. The qualitative analysis of results wasconducted. The results were compared with data presented by other authors.

14

Investigations on impeller pumps applied as turbines

Rduch J., Zarzycki M.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

1999

|

nr 115

337--347

EN

The present paper discusses the results of the latest series of experimental investigations concerning a propeller-type water turbine constructed from elements of the impeller pump 25P21-2 serially produced by the Factory of Pumps in Warsaw. These investigations were carried out at various blade-angle settings of the rotor and various rotational speeds. The results of these investigations prove that propeller pumps may be applies as turbines after some adequate changes in their construction have been made. These investigations are sponsored by the Committee of Researches.