Αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του Εξακοπτέρου GAIA 160HY, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του
Η παρούσα εργασία διαπραγματεύεται την μελέτη των Unmanned Aerial Vehicles – UAV και συγκεκριμένα ενός εξακοπτέρου, το οποίο όπως υποδηλώνει και το όνομά του διαθέτει 6 έλικες. Το εξακόπτερο που μελετάται είναι της εταιρείας Foxtech και συγκεκριμένα είναι το μοντέλο GAIA 160HY – Hybrid και ο σκοπός...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25178 |
| id |
nemertes-10889-25178 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Εξακόπτερο GAIA 160HY – Hybrid Δομικές αναλύσεις Ηλεκτρομαγνητικές αναλύσεις Ηλεκτρομαγνητικό ίχνος - RCS Hexacopter GAIA 160HY – Hybrid CFD Structural analysis Electromagnetics analysis Electomagnetic signature - RCS |
| spellingShingle |
Εξακόπτερο GAIA 160HY – Hybrid Δομικές αναλύσεις Ηλεκτρομαγνητικές αναλύσεις Ηλεκτρομαγνητικό ίχνος - RCS Hexacopter GAIA 160HY – Hybrid CFD Structural analysis Electromagnetics analysis Electomagnetic signature - RCS Αλεξόπουλος, Σπυρίδων Αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του Εξακοπτέρου GAIA 160HY, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του |
| description |
Η παρούσα εργασία διαπραγματεύεται την μελέτη των Unmanned Aerial Vehicles – UAV και συγκεκριμένα ενός εξακοπτέρου, το οποίο όπως υποδηλώνει και το όνομά του διαθέτει 6 έλικες. Το εξακόπτερο που μελετάται είναι της εταιρείας Foxtech και συγκεκριμένα είναι το μοντέλο GAIA 160HY – Hybrid και ο σκοπός της μελέτης είναι η αεροδυναμική βελτιστοποίησή του προκειμένου να αυξηθεί το ωφέλιμο φορτίο που μπορεί να μεταφέρεται σε κάθε πτήση παράλληλα με την δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση των υλικών κατασκευή του για την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του, ώστε να εντάσσεται στην κατηγορία των stealth αεροχημάτων. Με την βοήθεια του σχεδιαστικού προγράμματος Catia, κατασκευάστηκε το ολικό μοντέλο του εξακοπτέρου και σχεδιάστηκε και ένα πλήθος ελίκων που κατηγοριοποιήθηκαν με βάση τις αεροτομές, το μέγιστο πάχος και το βήμα τους, για την εύρεση της βέλτιστης δυνατής. Έπειτα από τον σχεδιασμό και με την χρήση του προγράμματος Ansys, πραγματοποιήθηκαν οι κατάλληλες αναλύσεις για την εύρεση των χαρακτηριστικών του. Αρχικά αξιοποιώντας το εργαλείο Fluent, αναλυθήκαν οι είλκες και μελετήθηκε το ροϊκό πεδίο μέσα στο οποίο πραγματοποιείται η πτήση του εξακοπτέρου για την εύρεση της συνολική ώσης αλλά και της πίεσης που ασκείται επάνω στις επιφάνειες του. Στην συνέχεια με την χρήση του εργαλείου ACP & Structural πραγματοποιήθηκε μοντελοποίηση διάφορων συνδυασμών σύνθετων υλικών για τον έλεγχο δομικής ακεραιότητας του εξακοπτέρου στα φορτία πτήσης και δόθηκε μεγαλύτερη βαρύτητα σε υλικά που απορροφούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Έτσι, έγινε η μετάβαση στο πρόγραμμα Ansys HFSS, όπου μελετήθηκε η ηλεκτρομαγνητική απόκριση του εξακοπτέρου σε πεδία συχνοτήτων που παράγονται από κεραίες στρατιωτικής χρήσεως με συχνότητες μεταξύ των 450MHz και 1 GHz, με την χρήση του δείκτη RCS. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα που λήφθηκαν από την μελέτη ήταν ενθαρρυντικά τόσο για την πτητική ικανότητα του εξακοπτέρου όσο και για την αορατότητά του και αποδείχθηκε ότι τα προτιμότερα υλικά είναι τα σύνθετα που κατασκευάζονται από ίνες άνθρακα και αραμιδίου καθώς έχουν την καλύτερη συμπεριφορά στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Επιπλέον τέθηκαν στόχοι για περαιτέρω μελλοντική έρευνα και εξέλιξη, οι κυριότεροι από τους οποίους σχετίζονται με τις πειραματικές διαδικασίες αξιολόγησης των αναλυτικών αποτελεσμάτων, την μείωση βάρους και την βελτιστοποίηση των πτητικών χαρακτηριστικών του εξακοπτέρου. |
| author2 |
Alexopoulos, Spyridon |
| author_facet |
Alexopoulos, Spyridon Αλεξόπουλος, Σπυρίδων |
| author |
Αλεξόπουλος, Σπυρίδων |
| author_sort |
Αλεξόπουλος, Σπυρίδων |
| title |
Αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του Εξακοπτέρου GAIA 160HY, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του |
| title_short |
Αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του Εξακοπτέρου GAIA 160HY, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του |
| title_full |
Αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του Εξακοπτέρου GAIA 160HY, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του |
| title_fullStr |
Αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του Εξακοπτέρου GAIA 160HY, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του |
| title_full_unstemmed |
Αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του Εξακοπτέρου GAIA 160HY, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του |
| title_sort |
αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του εξακοπτέρου gaia 160hy, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/25178 |
| work_keys_str_mv |
AT alexopoulosspyridōn aerodynamikēbeltistopoiēsēdomikēkaiēlektromagnētikēanalysētouexakopterougaia160hymestochotēnelachistopoiēsētouēlektromagnētikouichnoustou AT alexopoulosspyridōn aerodynamicsoptimizationstructuralandelectromagneticanalysisofgaia160hyhexacopteraimingtominimizeitselectromagneticsignature |
| _version_ |
1771297322857136128 |
| spelling |
nemertes-10889-251782023-06-27T03:59:37Z Αεροδυναμική βελτιστοποίηση, δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση του Εξακοπτέρου GAIA 160HY, με στόχο την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του Aerodynamics optimization, structural and electromagnetic analysis of GAIA 160HY Hexacopter, aiming to minimize its electromagnetic signature Αλεξόπουλος, Σπυρίδων Alexopoulos, Spyridon Εξακόπτερο GAIA 160HY – Hybrid Δομικές αναλύσεις Ηλεκτρομαγνητικές αναλύσεις Ηλεκτρομαγνητικό ίχνος - RCS Hexacopter GAIA 160HY – Hybrid CFD Structural analysis Electromagnetics analysis Electomagnetic signature - RCS Η παρούσα εργασία διαπραγματεύεται την μελέτη των Unmanned Aerial Vehicles – UAV και συγκεκριμένα ενός εξακοπτέρου, το οποίο όπως υποδηλώνει και το όνομά του διαθέτει 6 έλικες. Το εξακόπτερο που μελετάται είναι της εταιρείας Foxtech και συγκεκριμένα είναι το μοντέλο GAIA 160HY – Hybrid και ο σκοπός της μελέτης είναι η αεροδυναμική βελτιστοποίησή του προκειμένου να αυξηθεί το ωφέλιμο φορτίο που μπορεί να μεταφέρεται σε κάθε πτήση παράλληλα με την δομική και ηλεκτρομαγνητική ανάλυση των υλικών κατασκευή του για την ελαχιστοποίηση του ηλεκτρομαγνητικού ίχνους του, ώστε να εντάσσεται στην κατηγορία των stealth αεροχημάτων. Με την βοήθεια του σχεδιαστικού προγράμματος Catia, κατασκευάστηκε το ολικό μοντέλο του εξακοπτέρου και σχεδιάστηκε και ένα πλήθος ελίκων που κατηγοριοποιήθηκαν με βάση τις αεροτομές, το μέγιστο πάχος και το βήμα τους, για την εύρεση της βέλτιστης δυνατής. Έπειτα από τον σχεδιασμό και με την χρήση του προγράμματος Ansys, πραγματοποιήθηκαν οι κατάλληλες αναλύσεις για την εύρεση των χαρακτηριστικών του. Αρχικά αξιοποιώντας το εργαλείο Fluent, αναλυθήκαν οι είλκες και μελετήθηκε το ροϊκό πεδίο μέσα στο οποίο πραγματοποιείται η πτήση του εξακοπτέρου για την εύρεση της συνολική ώσης αλλά και της πίεσης που ασκείται επάνω στις επιφάνειες του. Στην συνέχεια με την χρήση του εργαλείου ACP & Structural πραγματοποιήθηκε μοντελοποίηση διάφορων συνδυασμών σύνθετων υλικών για τον έλεγχο δομικής ακεραιότητας του εξακοπτέρου στα φορτία πτήσης και δόθηκε μεγαλύτερη βαρύτητα σε υλικά που απορροφούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Έτσι, έγινε η μετάβαση στο πρόγραμμα Ansys HFSS, όπου μελετήθηκε η ηλεκτρομαγνητική απόκριση του εξακοπτέρου σε πεδία συχνοτήτων που παράγονται από κεραίες στρατιωτικής χρήσεως με συχνότητες μεταξύ των 450MHz και 1 GHz, με την χρήση του δείκτη RCS. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα που λήφθηκαν από την μελέτη ήταν ενθαρρυντικά τόσο για την πτητική ικανότητα του εξακοπτέρου όσο και για την αορατότητά του και αποδείχθηκε ότι τα προτιμότερα υλικά είναι τα σύνθετα που κατασκευάζονται από ίνες άνθρακα και αραμιδίου καθώς έχουν την καλύτερη συμπεριφορά στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Επιπλέον τέθηκαν στόχοι για περαιτέρω μελλοντική έρευνα και εξέλιξη, οι κυριότεροι από τους οποίους σχετίζονται με τις πειραματικές διαδικασίες αξιολόγησης των αναλυτικών αποτελεσμάτων, την μείωση βάρους και την βελτιστοποίηση των πτητικών χαρακτηριστικών του εξακοπτέρου. The present research focuses on the examination of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and specifically a Hexacopter. The studied Hexacopter was created by the company Foxtech and is the GAIA 160HY – Hybrid model. The purpose of the study is to optimize its aerodynamics to increase the payload capacity carried in each flight and additionally, structural and electromagnetic analyses of its construction materials are conducted to minimize its electromagnetic signature and classify it as a Stealth Aircraft. Using the design software Catia, the complete model of the Hexacopter was designed and a variety of propellers were designed and categorized based on their airfoils, maximum thickness, and pitch, to find the optimal combination. Following the design phase, Ansys a simulation program was utilized to perform the necessary analyses for determining Hexacopter’s characteristics. Using the Ansys Fluent tool, both the propellers and the airflow field during the Hexacopter’s flight was analyzed and examined to determine the total Thrust and the Pressure on its surfaces. The ACP & Structural tool was used to model and to analyze various combinations of composite materials panels to assess the structural integrity of the Hexacopter under different loads. Significant attention was placed on materials that absorb electromagnetic radiation, Radiation Absorbing Materials, to minimize the electromagnetic signature. The study then transitioned to the Ansys HFSS program, where the electromagnetic response of the Hexacopter was examined within frequency ranges generated by military radar – antennas, ranging from 450MHz to 1GHz, using the Radar Cross Section (RCS) index. Summarizing, the results obtained from the study were promising, both in terms of the Hexacopter’s flight capabilities and its invisibility. It was demonstrated that the preferred materials are composites, constructed from Carbon and Kevlar Fibers, as they exhibit the best behavior to electromagnetic radiation. Additionally, future research goals and development were established, including experimental evaluation procedures for the analytical results, weight reduction, and further optimization of the Hexacopter’s flight characteristics. 2023-06-26T07:21:41Z 2023-06-26T07:21:41Z 2023-06-25 https://hdl.handle.net/10889/25178 el application/pdf |
