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Computational and Experimental Investigation of Quadrotor Aerodynamics and Aeroacoustics

Kostek, Anna (2024) Computational and Experimental Investigation of Quadrotor Aerodynamics and Aeroacoustics. DLR-Forschungsbericht. DLR-FB-2024-18. Dissertation. Gottfried Wilhelm Leibniz University Hannover. 138 S. (im Druck)

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Kurzfassung

Aerodynamic interactions have a significant effect on quadrotor performance and aeroacoustic signature. Free wake methods allow the simulation of complex multirotor flows at a low computational cost, yet they were originally developed for simulations of full-scale helicopter rotors. The study aims to demonstrate the applicability of lower fidelity methods for predicting small-size rotors performance, also used as input for aeroacoustic computations. Another focus is to characterise the aerodynamic interactions that cause a considerable difference to the superposition of single rotors. Quadrotor configurations are investigated experimentally and numerically using solvers of different fidelity, including free wake methods and an URANS tool. The efficiency of a diamond configuration with non-overlapping rotor blades improves by 5% compared to four isolated rotors. The effect is pronounced for the nose-up rotor tilt with intensified interactions, for which the efficiency of the diamond configuration increases by 11% at the rotor spacing of 1.2 rotor diameters. In contrast, interactions in the square configuration are detrimental for all spacings with the optimum at blade overlap of 0.04 rotor diameters. Adding a vertical offset of the back rotors relative to the front rotors in the square configuration improves the quadrotor performance, while raising the rearmost rotor in the diamond configuration causes a decrease in its efficiency.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207717/
Dokumentart:Berichtsreihe (DLR-Forschungsbericht, Dissertation)
Titel:Computational and Experimental Investigation of Quadrotor Aerodynamics and Aeroacoustics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kostek, AnnaAnna.Kostek (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-8582-6278NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Open Access:Nein
Seitenanzahl:138
Verlag:DLR
Name der Reihe:Forschungsbericht
ISSN:1434-8454
Status:im Druck
Stichwörter:panel method, quadrotor, multicopter, aerodynamic interactions
Institution:Gottfried Wilhelm Leibniz University Hannover
Abteilung:Fakultät für Maschinenbau, Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtueller Hubschrauber und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hubschrauber, GO
Hinterlegt von: Koch, Bianca
Hinterlegt am:23 Okt 2024 13:43
Letzte Änderung:23 Okt 2024 13:43

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