Rotorcraft have always had an upper hand over their counterparts owing to their ability fly in and out of challenging sites. However, they have been plagued for a majority of their existence due to the limitations imposed by compressibility effects and stall on the main rotor. Compounding conventional rotorcraft has been the answer to this. With renewed interest in compound rotorcraft configurations around the world, there is a growing need for determining feasible and efficient configurations. The current work, centered on the theme of preliminary rotorcraft sizing, focuses on determining a configuration, sizing the components and then performing a force based trim analysis. The proposed vehicle, named MiCo (Minimalistic Compound) is a highly unsymmetrical compound rotorcraft which includes a single rigid main rotor with high flap hinge offset, wings, a propeller, and horizontal and vertical stabilizers for a level forward flight up to 100m/s. XFOIL is used to obtain necessary airfoil data and an optimization scheme within MATLAB has been used to formulate and execute the trim problem. The results obtained suggest a non-zero wing incidence to be used in order to effectively offload the main rotor. The propeller's role as a counter-torque and propulsive device is also confirmed. The wing and tail contribute in maintaining roll, yaw and pitch moment equilibrium.

Gli elicotteri hanno sempre avuto un vantaggio rispetto alle loro controparti grazie alla loro capacità di volare dentro e fuori da siti difficili. Tuttavia, sono stati afflitti per gran parte della loro esistenza a causa delle limitazioni imposte dagli effetti di comprimibilità e dallo stallo del rotore principale. La risposta a questo problema è stata l’integrazione degli aeromobili convenzionali. Con il rinnovato interesse per le configurazioni composte di aeromobili ad ala rotante in tutto il mondo, vi è una crescente necessità di determinare configurazioni fattibili ed efficienti. Il lavoro attuale, incentrato sul tema del dimensionamento preliminare degli aeromobili, si concentra sulla determinazione di una configurazione, sul dimensionamento dei componenti e quindi sull'esecuzione di un'analisi dell'assetto basata sulla forza. Il veicolo proposto, denominato MiCo (Minimalistic Compound) è un velivolo composto altamente asimmetrico che comprende un singolo rotore principale rigido con elevato offset della cerniera dei flap, ali, un'elica e stabilizzatori orizzontali e verticali per un volo livellato in avanti fino a 100 m/s. XFOIL viene utilizzato per ottenere i dati necessari sul profilo alare ed è stato utilizzato uno schema di ottimizzazione all'interno di MATLAB per formulare ed eseguire il problema di trim. I risultati ottenuti suggeriscono un'incidenza alare diversa da zero da utilizzare per scaricare efficacemente il rotore principale. Viene confermato anche il ruolo dell'elica come dispositivo anticoppia e propulsivo. L'ala e la coda contribuiscono a mantenere l'equilibrio del momento di rollio, imbardata e beccheggio.

Trim analysis of an unconventional compound rotorcraft for hover and level forward flight

SONI, AAROH
2022/2023

Abstract

Rotorcraft have always had an upper hand over their counterparts owing to their ability fly in and out of challenging sites. However, they have been plagued for a majority of their existence due to the limitations imposed by compressibility effects and stall on the main rotor. Compounding conventional rotorcraft has been the answer to this. With renewed interest in compound rotorcraft configurations around the world, there is a growing need for determining feasible and efficient configurations. The current work, centered on the theme of preliminary rotorcraft sizing, focuses on determining a configuration, sizing the components and then performing a force based trim analysis. The proposed vehicle, named MiCo (Minimalistic Compound) is a highly unsymmetrical compound rotorcraft which includes a single rigid main rotor with high flap hinge offset, wings, a propeller, and horizontal and vertical stabilizers for a level forward flight up to 100m/s. XFOIL is used to obtain necessary airfoil data and an optimization scheme within MATLAB has been used to formulate and execute the trim problem. The results obtained suggest a non-zero wing incidence to be used in order to effectively offload the main rotor. The propeller's role as a counter-torque and propulsive device is also confirmed. The wing and tail contribute in maintaining roll, yaw and pitch moment equilibrium.
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
19-dic-2023
2022/2023
Gli elicotteri hanno sempre avuto un vantaggio rispetto alle loro controparti grazie alla loro capacità di volare dentro e fuori da siti difficili. Tuttavia, sono stati afflitti per gran parte della loro esistenza a causa delle limitazioni imposte dagli effetti di comprimibilità e dallo stallo del rotore principale. La risposta a questo problema è stata l’integrazione degli aeromobili convenzionali. Con il rinnovato interesse per le configurazioni composte di aeromobili ad ala rotante in tutto il mondo, vi è una crescente necessità di determinare configurazioni fattibili ed efficienti. Il lavoro attuale, incentrato sul tema del dimensionamento preliminare degli aeromobili, si concentra sulla determinazione di una configurazione, sul dimensionamento dei componenti e quindi sull'esecuzione di un'analisi dell'assetto basata sulla forza. Il veicolo proposto, denominato MiCo (Minimalistic Compound) è un velivolo composto altamente asimmetrico che comprende un singolo rotore principale rigido con elevato offset della cerniera dei flap, ali, un'elica e stabilizzatori orizzontali e verticali per un volo livellato in avanti fino a 100 m/s. XFOIL viene utilizzato per ottenere i dati necessari sul profilo alare ed è stato utilizzato uno schema di ottimizzazione all'interno di MATLAB per formulare ed eseguire il problema di trim. I risultati ottenuti suggeriscono un'incidenza alare diversa da zero da utilizzare per scaricare efficacemente il rotore principale. Viene confermato anche il ruolo dell'elica come dispositivo anticoppia e propulsivo. L'ala e la coda contribuiscono a mantenere l'equilibrio del momento di rollio, imbardata e beccheggio.
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Descrizione: Rotorcraft have always had an upper hand over their counterparts owing to their ability fly in and out of challenging sites. However, they have been plagued for a majority of their existence due to the limitations imposed by compressibility effects and stall on the main rotor. Compounding conventional rotorcraft has been the answer to this. With renewed interest in compound rotorcraft configurations around the world, there is a growing need for determining feasible and efficient configurations. The current work, centered on the theme of preliminary rotorcraft sizing, focuses on determining a configuration, sizing the components and then performing a force based trim analysis. The proposed vehicle, named MiCo (Minimalistic Compound) is a highly unsymmetrical compound rotorcraft which includes a single rigid main rotor with high flap hinge offset, wings, a propeller, and horizontal and vertical stabilizers for a level forward flight up to 100m/s. XFOIL is used to obtain necessary airfoil data and an optimization scheme within MATLAB has been used to formulate and execute the trim problem. The results obtained suggest a non-zero wing incidence to be used in order to effectively offload the main rotor. The propeller's role as a counter-torque and propulsive device is also confirmed. The wing and tail contribute in maintaining roll, yaw and pitch moment equilibrium.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/215063