Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34849
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-9116-1744
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Embargo Date: 2024-04-01
Title: Study of the noise and aerodynamics of a propeller used in drones by applying a low-fidelity method
Alternate title (s): Estudo do ruído e aerodinâmico de uma hélice utilizada em drones aplicando um método de baixa fidelidade
Author: Moretto, Vinicius Ferro Jacó
First Advisor: Morais, Tobias Souza
First member of the Committee: Almeida, Odenir
Second member of the Committee: Vedovotto, João Marcelo
Summary: The noise generated by multirotor drones is one of the barriers to an intense exploration of these equipments. For this, aeroacoustics studies are carried out to predict and reduce noise pollution. The main simulation strategies to perform these studies are usually associated with a heavy Computational Fluid Dynamics (CFD) model, which is not adapted for the preliminary phase of propeller design. Thus, a methodology to be applied in this phase of the project is proposed in this work. In it, the Vortex Lattice Method was used for aerodynamic prediction and the acoustic analogy of Ffowcs-Williams and Hawkings for acoustic calculation. To make it possible, OpenVSP and PSU-WOPWOP software were used. To evaluate the methodology, analyses about the spatial and temporal discretization, and number of revolutions simulated were performed. In addition, an aerodynamic and acoustic validation study was carried out, comparing the results with experimental data, where the overall sound pressure level is un derestimated, but the sound pressure level at blade passage frequency is well correlated. The methodology was also associated with a differential evolution algorithm to optimize the blade geometry reducing noise pollution.
Abstract: O ruído gerado por drones multirotores é uma das barreiras para a intensa exploração desses equipamentos. Em virtude disso, estudos aeroacústicos foram realizados para estimar e reduzir a poluição sonora. As principais estratégias de simulação para realizar esses estu dos são normalmente associadas a complexos e custosos modelos computacionais, o que não são adaptadas às fases iniciais do projeto de hélices. Assim, uma metodologia adaptada a esta etapa de projeto é apresentada neste trabalho. Para isto, o modelo Vortex Lattice foi utilizado para a predição de performance aerodinâmica das hélices, e a analogia aeroacústica de Ffowcs Williams e Hawkings para os cálculos acústicos. Com o objetivo de tornar isto possível, os softwares OpenVSP e PSU-WOPWOP foram utilizados. Para avaliar a metodologia, análises sobre a qualidade de discretização geométrica das hélices, bem como os parâmetros tempo rais associados a simulação foram realizados. Além disso, um estudo para a validação dos dados aerodinâmicos e aeroacústico foi realizado, comparando os resultados calculados pela metodologia com dados experimentais disponíveis na literatura. Concluiu-se que o nível de pressão sonora global (overall sound pressure level) observado é subestimado em relação ao experimento, entretanto o nível sonoro em frequências específicas, como a frequência de pas sagem de pá, possui uma boa correlação. A metodologia foi ainda acoplada a um algoritmo de otimização diferencial para permitir a otimização da geometria das pás, objetivando a redução do ruído gerado.
Le bruit généré par les drones multi-rotors est l’un des contraintes pour une exploration intense de ces équipements. Pour cela, des études aéro-acoustiques sont réalisées afin de prévoir et réduire la nuisance sonore. Les principales stratégies de simulation pour réaliser ces études sont généralement associées à un lourd modèle de dynamique des fluides numérique (CFD), qui n’est pas adapté à la phase préliminaire de conception des hélices. Ainsi, une méthodologie pour être appliquée dans cette phase du projet est proposée dans ce travail. Ici, la méthode « Vortex Lattice » a été utilisée pour la prédiction aérodynamique et l’analogie acoustique de Ffowcs-Williams et Hawkings pour le calcul acoustique. Pour rendre cela possible, les logiciels OpenVSP et PSU-WOPWOP ont été utilisés. Pour évaluer la méthodologie, des analyses sur la discrétisation spatiale et temporelle et le nombre de révolutions simulées ont été effectuées. De plus, une étude de validation aérodynamique et acoustique a été réalisée, comparant les résultats aux données expérimentales, où le overall sound pressure level est sous-estimé, mais le niveau sonore à la fréquence de passage des pales est bien corrélé. La méthodologie a également été associée à un algorithme d’évolution différentielle pour optimiser la géométrie des pales afin de réduire les nuisances sonores.
Keywords: Noise
Drones
Multirotors
Propeller
Vortex Lattice
Ffowcs-Williams and Hawkings
Aerodynamics
Aeroacustics
OpenVSP
PSU-WOPWOP
Optimization
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::AERODINAMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: MORETTO, Vinicius Ferro Jacó. Study of the noise and aerodynamics of a propeller used in drones by applying a low-fidelity method. 2021. 49 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34849
Date of defense: 1-Apr-2022
Appears in Collections:TCC - Engenharia Aeronáutica

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