Aerodynamic optimization of an unmanned aerial vehicle

This thesis was developed as conclusion of a collaboration between Politecnico di Milano (Department of Aerospace Science and Technology) and KTH (Aeronautical and Vehicle Engineering Unit). The numerical simulations were run in the labs of KTH, under the supervision of Raffaello Mariani, who coordinated the project and proposed its follow-up. The project investigates the use of winglets which could potentially allow aircraft to get better performance (in terms of lift-induced drag reduction), at different flight phases. The Computational Fluid Dynamic approach is used to simulate the BWB-UAV model. It is studied the influence of the winglet cant angle on the aircraft performance in the context of the “Green Raven” project which is a student-lead applied research effort for an unmanned aerial vehicle technology platform combining net-zero emissions and aerodynamic efficiency. The drag and lift performance have been evaluated in terms of their dimensionless coefficients CD and CL. Moreover the aircraft aerodynamic efficiency has been estimated through the ratio L/D. The results obtained demonstrate that by adding the winglets, the aerodynamic performance can be improved at different flight conditions.

Questa tesi è stata sviluppata come conclusione di una collaborazione tra il Politecnico di Milano (Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali) ed il KTH (Unità di Ingegneria Aeronautica e dei Veicoli). Le simulazioni numeriche sono state eseguite nei laboratori del KTH, sotto la supervisione di Raffaello Mariani, che ha coordinato il progetto. La ricerca di tesi investiga l’utilizzo delle winglets che potrebbero potenzialmente consentire al velivolo di ottenere prestazioni migliori (in termini di riduzione di resistenza indotta), in diverse fasi di volo. La fluidodinamica computazionale viene utilizzata come strumento per simulare il modello BWB-UAV. Viene studiata l'influenza dell'angolo di cant della winglet sulle prestazioni del velivolo nel contesto del "Green Raven", che è un progetto di ricerca applicata condotto da studenti per un velivolo senza equipaggio che combina zero emissioni ed efficienza aerodinamica. Le prestazioni di resistenza e portanza sono state valutate attraverso i coefficienti adimensionali CD e CL. Inoltre l'efficienza aerodinamica del velivolo è stata stimata attraverso il rapporto L/D. I risultati ottenuti dimostrano che aggiungendo le winglets si possono migliorare le prestazioni aerodinamiche in diverse condizioni di volo.