Projeto aerodinâmico de um VTOL Tail-Sitter sem superfícies de controle

Abstract

Os drones são aeronaves não tripuladas utilizadas nas mais diversas áreas, sejam elas militares ou civis. O presente trabalho tem como objetivo viabilizar o projeto de um VTOL Tail-Sitter a partir de análises aerodinâmicas e da criação de um protótipo. Um dos requisitos do projeto foi que essa aeronave não tivesse nenhuma superfície de controle e decolasse com 3 kg de carga total. Esse modelo de drone, apesar de possuir suas peculiaridades, já foi estudado e comprovou-se que seu projeto é possível a partir da implementação de um sistema embarcado preciso e de uma configuração aerodinâmica que tenha capacidade de produzir a sustentação necessária para um voo estável e controlável. Por meio da utilização de softwares CFD, foi escolhido um perfil aerodinâmico com essas capacidades. Porém as considerações iniciais não foram suficientes para prever a falha que o protótipo sofreria nos seus primeiros voos, sendo necessária uma análise de estabilidade longitudinal. Essa análise trouxe a conclusão de que a escolha de um aerofólio com coeficiente de momento baixo deveria ser realizada. Com base nessa conclusão, as modificações foram implementadas e o resultado previsto nos cálculos se comprovou com a criação e teste prático de um novo protótipo

Drones are unmanned aircraft used in a variety of fields, both military and civilian. This work aims to make the design of a VTOL Tail-Sitter feasible through aerodynamic analyses and the creation of a prototype. Additionally, one of the project requirements was that this aircraft would have no control surfaces and be capable of taking off with 3 kg. Despite the peculiarities of this drone model, it has been studied and shown that its design is feasible with the implementation of a precise embedded system and an aerodynamic configuration capable of producing the necessary lift for stable and controllable flight. Using CFD (Computational Fluid Dynamics) software, an aerodynamic profile with these capabilities was chosen. However, initial considerations were insufficient to predict the failure the prototype would encounter during its first flights, necessitating a longitudinal stability analysis. This analysis concluded that selecting an airfoil with a low moment coefficient was necessary. Based on this conclusion, modifications were made, and the results predicted by the calculations were confirmed with the creation and flight test of a new prototype