Mid-fidelity numerical approach to aerodynamic and aeroacoustic design of a Lift+Cruise eVTOL aircraft

This study presents a comprehensive workflow for the preliminary design of a novel electric vertical take-off and landing (eVTOL) aircraft. An iterative procedure is developed and applied to characterize the weight of the batteries and the vertical rotor radius of a Lift+Cruise configuration. A mid-fidelity aerodynamic solver is first employed to evaluate the performance of the isolated rotor and subsequently used to capture the complex interactions between the propulsion system and the airframe at the full-vehicle level working at constant $MA_{tip}$. Two Lift+Cruise concepts, with four and eight propellers arranged in three different layouts, are investigated and compared, including an assessment of tonal noise emissions through coupling with an Ffowcs Williams–Hawkings formulation. This work has been carried out within the framework of the DICUAM2026 consortium, which aims to establish open-source reference models for Urban Air Mobility.

Questo documento ha lo scopo di presentare una metodologia completa per il design preliminare di un velivolo elettrico a decollo ed atterraggio verticale (eVTOL). E' stata realizzata una procedura iterativa che è stata poi applicata a un velivolo Lift+Cruise per la stima del peso delle batterie e del raggio dei rotori verticali. Un risolutore aerodinamico a media fedeltà è stato impiegato in prima fase per valutare le performance del rotore isolato per poi essere utilizzato per studiare le complesse interazioni fluidodinamiche tra il sistema propulsivo e il velivolo stesso lavorando a $MA_{tip}$ costante. Sono state analizzate e confrontate due configurazioni Lift+Cruise, rispettivamente a quattro e otto eliche posizionate su tre differenti layout, sia dal punto di vista aerodinamico che da quello delle emissioni acustiche accoppiando il risolutore a media fedeltà con una formulazione integrale delle equazioni Ffowcs Williams–Hawkings. Questo lavoro è stato realizzato nell'ambito del consorzio DICUAM2026, il quale ha lo scopo di definire modelli di riferimento "open source" per la mobilità aerea urbana (UAM) del futuro.