Aerodynamic characterization and shape optimization of the UAV FLOKI

The FLOKI drone is a fixed-wing unmanned aerial vehicle (UAV) designed with two potential airfoil profiles: CLARK-YH 12\% and LRN 1015. This research focuses on the aerodynamic performance of FLOKI using the CLARK-YH 12\% profile. Various turbulence models, numerical schemes, and meshing strategies were evaluated to determine the optimal numerical study setup for Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) simulations using a second ordder finite volume solver at a fixed airspeed of 50 m/s (Reynolds number $4.1\times(10^5)$). The drone was then aerodynamically characterized in those flow conditions. Subsequently the drone was characterized at a reduced speed of 35 m/s (Reynolds number $2.8\times(10^5)$), matching the experimental conditions in which FLOKI was tested at the Oles Honchar National Dnipro University, to validate the numerical results. The wind tunnel data provided contained information on the airfoil at different angles of attack. This study then proceeded to numerically investigate the phenomenon of the laminar separation bubbles revealed by the experimental studies. Lastly, a three-dimensional optimization was performed to explore potential shape improvements strategies. This thesis aims to refine the aerodynamic performance of the FLOKI drone, contributing valuable insights into UAV design. The tools used in this analysis were SU2 for numerical simulations, Paraview and MATLAB for post-processing phase.

Il drone FLOKI è un drone (UAV) ad ala fissa progettato con due possibili profili alari: CLARK-YH 12\% e LRN 1015. Questa ricerca si concentra sulle prestazioni aerodinamiche di FLOKI utilizzando il profilo CLARK-YH 12\%. Diversi modelli di turbolenza, schemi numerici e strategie di meshing sono stati valutati per determinare la configurazione ottimale di studio a una velocità d'aria fissa di 50 m/s (numero di Reynolds $4.1 \times 10^5$). In seguito, il drone è stato caratterizzato aerodinamicamente a tale velocità. Successivamente il drone è stato caratterizzato a una velocità ridotta di 35 m/s (numero di Reynolds $2.8 \times 10^5$), corrispondente alle condizioni sperimentali, in cui FLOKI è stato testato all'università Oles Honchar National Dnipro, per validare i risultati numerici. I dati della galleria del vento forniti contenevano informazioni sul profilo alare a diversi angoli di attacco. Lo studio è proseguito con l'indagine numerica del fenomeno delle bolle di separazione laminare rivelate dagli studi sperimentali. Infine, è stata eseguita un'ottimizzazione tridimensionale per esplorare potenziali strategie di miglioramento della forma. Questo studio mira a perfezionare le prestazioni aerodinamiche del drone FLOKI, fornendo preziosi spunti per il design degli UAV. Gli strumenti utilizzati in questa analisi sono stati SU2 per le simulazioni numeriche, Paraview e MATLAB per la fase di post-elaborazione.