Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorBøe, Jan Kåre
dc.contributor.authorThømt, Anders Christian
dc.date.accessioned2017-09-12T11:44:51Z
dc.date.available2017-09-12T11:44:51Z
dc.date.issued2017
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2454280
dc.description.abstractIn the desire to solve some of the challenges in personal transport and congestions in the cities, an investigation in to the specifications of a thruster based solution for hovering capabilities of a personal transport drone concept, has been conducted in this thesis. Also, a scaled test rig for evaluation and experimentation of propulsive function for a thruster was developed. The work in this thesis is presented in two parts, with the first part involving investigation for the drone concept, and the second part containing development and specifications of the experimental test rig. To evaluate the required specifications for a thruster design, a literature review of aerodynamics was conducted, starting with basic concepts and terms. Further, a review of propulsive theory within propellers and rotors were done. Existing and future concepts were also evaluated for inspiration and as a reference. The findings in theory, specifically blade element theory were implemented in a simplified theoretical tool. This tool was applied to the specification process to determine requirements in power, weight, and efficiency one can expect to lift and hover a payload that includes one person with in-built redundancy for safety. Next, a scaled experimental setup is developed to lay the foundation for future development of a full-scale thruster that can meet the requirements found in the first part of the thesis. The investigation in part one of this thesis laid the foundation for the development of the experimental test rig in Part Two. The development of the test rig, could not be done without the investigation and development of theoretical tools in Part One. The specification of the thruster unit in Part One was done under a regime of objectives that managed the specification process so that important properties such as safety and efficiency were maintained throughout the concept generation. The specification in Part One led to a selected layout of the thrusters through the use of development methodology with its origins from Pugh’s method. The preliminary specifications include a goal for efficiency, performance, total weight of the aircraft, and power requirements. Since the nature of the theory used in this thesis is ideal, the specifications in Part One are preliminary only. Also, using only the thrusters for generation of lift, requires a very high power consumption. The same development methodology was used in Part Two where key properties of the experimental test rig were defined and several concepts were generated and screened in a two-cycle process that yielded a best concept. This concept was constructed in CAD with full specifications and simulated for flow analysis. The main findings in Part One were the following: Assuming a gross weight of 450 kg, a thruster unit with two coaxial contra-rotating propellers will require a power of 50 kW and a total swept area of 2.26 m2. This gives a specific weight of 2.25 kg/kW. The minimum power required for hovering is 18 kW for each thruster. For Part Two the results are: An experimental test rig for measuring thrust and torque produced by a propeller is designed with full specifications and technical drawings for a total cost of 595 000 NOK. A simple experimental plan overviewing method and experimental equipment is also found in this report. The rig is 1500 mm long, 1000 mm wide and 890 mm high without the propeller. Total weight is 29 kg. The test rig is optimized for the specified engine of 1 kW and the designed propeller of 600 mm, but is also capable of handling up to 3 kW of power, and up to 800 mm diameter propellers. The main challenge for future work, is to develop a dedicated program or code including vortex theory to accurately predict performance and generate design parameters for the propeller blades. This program should also be able to predict characteristics in forward flight. Also, an investigation in to how a wing area can be implemented in the drone/aircraft design to improve efficiency is recommended.nb_NO
dc.description.abstractI ønsket om å løse noen av utfordringene i personlig transport og overbelastning av trafikknettet i byene, har en utredning i krav-spesifikasjoner for en thruster-basert løsning for sveveegenskaper for et drone-konsept for person transport, blitt gjennomført i denne oppgaven. Det ble også utviklet en skalert testrigg for evaluering og eksperimentering av skyvekraftfunksjon for en thruster. Arbeidet i denne avhandlingen er presentert i to deler, med den første delen som involverer utredning av drone-konseptet, og den andre delen inneholder utvikling og spesifikasjoner for den eksperimentelle testriggen. For å evaluere de nødvendige spesifikasjonene for et thruster-design ble det gjennomført en litteraturstudie av aerodynamikk, med utgangspunkt i grunnleggende begreper og konsepter. Videre ble det gjennomført en gjennomgang av propulsiv-teori innen propeller og rotorer. Eksisterende og fremtidige konsepter ble også evaluert for inspirasjon og som referanse. Funnene i teoristudiet ble implementert i et forenklet teoretisk verktøy. Dette verktøyet ble brukt gjennom spesifikasjonsprosessen for å bestemme krav til skyvekraft, vekt og effektivitet man kan forvente for å løfte og sveve en nyttelast som inkluderer en person med innebygd overflødighet for sikkerhet. Deretter utvikles et skalert eksperimentelt oppsett for å legge grunnlaget for fremtidig utvikling av en fullskala thruster som kan tilfredsstille kravene i første del av oppgaven. Utredningen i Del 1 av denne avhandlingen la grunnlaget for utviklingen av den eksperimentelle testriggen i Del 2. Utviklingen av test riggen kunne ikke funnet sted uten utredning og utvikling av teoretiske verktøy i Del 1. Spesifikasjonen av thrusterenheten i Del 1 ble gjort under et målregime for styring av prosjektet slik at viktige egenskaper som sikkerhet og effektivitet ble opprettholdt gjennom konseptgenerasjonen. Spesifikasjonen i Del 1 førte til en valgt utforming av thruster gjennom bruk av utviklingsmetodikk med utgangspunkt i Pughs metode. De foreløpige spesifikasjonene inkluderer et mål for effektivitet, ytelse, totalvekt på dronen samt effektkrav. Siden karakteren av teorien som brukes i denne oppgaven er ideell, er spesifikasjonene i Del 1 kun foreløpige. Ved bruk av bare thrustere for generering av løft, kreves det også et meget høyt energiforbruk. Den samme utviklingsmetoden ble brukt i del to hvor nøkkelegenskaper til den eksperimentelle testriggen ble definert og flere konsepter ble generert og screenet i en tosyklusprosess som ga et beste konsept. Dette konseptet ble konstruert i CAD med fulle spesifikasjoner og simulert for strømningsanalyse. De viktigste funnene i Del 1 var følgende: Forutsatt en bruttovekt på 450 kg vil en thruster med to koaksiale kontraroterende propeller kreve en effekt på 50 kW og et totalt sveipet areal på 2,26 m2. Dette gir en spesifikk vekt på 2,25 kg / kW. Minste effekt som kreves for svevning er 18 kW for hver propell. For Del 2 er resultatene: En eksperimentell testrigg for måling av skyvekraft og dreiemoment produsert av en propell er utformet med fulle spesifikasjoner og tekniske tegninger for en total kostnad på 595 000 NOK. En enkel plan for eksperimentell metode og eksperimentelt utstyr finnes også i denne rapporten. Riggen er 1500 mm lang, 1000 mm bred og 890 mm høy uten propell. Total vekt er 29 kg. Test riggen er optimalisert for den angitte motoren på 1 kW og den konstruerte propellen på 600 mm, men er også i stand til å håndtere opptil 3 kW effekt og propeller på inntil 800 mm. Hovedutfordringen for videre arbeid er å utvikle et dedikert program eller kode, inkludert turbulensteori, for å nøyaktig forutsi ytelse og generere presise designparametere for propellbladene. Dette programmet skal også være i stand til å forutsi forholdene under horisontal flyvning. Det anbefales også å undersøke hvordan et vingeområde kan implementeres i drone / fly-designet for å forbedre effektiviteten.nb_NO
dc.language.isoengnb_NO
dc.publisherNorwegian University of Life Sciences, Åsnb_NO
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internasjonal*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.no*
dc.titleInvestigation, Dimensions and Development of Test Setup for Propulsion Function of a Personal Transport Drone.nb_NO
dc.title.alternativeUtredning, dimensjonering og utvikling av testoppsett for thrusterfunksjon til persondrone.nb_NO
dc.typeMaster thesisnb_NO
dc.subject.nsiVDP::Technology: 500nb_NO
dc.source.pagenumber89nb_NO
dc.description.localcodeMPPnb_NO


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel

Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internasjonal
Med mindre annet er angitt, så er denne innførselen lisensiert som Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internasjonal