Progettazione ed ottimizzazione di un sistema propulsivo ad elica per droni con bassi numeri di Reynolds = Design and optimization of a propeller propulsion system for drones with low Reynolds numbers

La forte espansione del mercato dei droni di piccola e media taglia ha comportato una maggiore richiesta di UAV ad alte prestazioni, specialmente per quanto riguarda il sistema propulsivo. Questo è in molti casi un turboalbero con elica traente operante, per via delle sue dimensioni ridotte, a bassi di numeri di Reynolds. La documentazione in tale campo risulta tuttavia carente, specialmente per quanto concerne l'ottimizzazione di tali eliche. Lo scopo di questa tesi è quindi l'ottimizzazione di un'elica ideata dall'azienda Alpi Aviation, in modo da ottenere un prodotto che presenti una maggiore efficienza in condizioni di crociera rispetto all'elica originale. L'operazione di ottimizzazione, che vede come punto di partenza il disegno CAD dell'elica, viene svolta tramite due passaggi distinti, il primo atto ad ottenere delle eliche ottimizzate sfruttando il software QBlade e il secondo in cui queste eliche vengono analizzate in modo più apporofnidto tramite il software CFD OpenFOAM. Il software QBlade permette attraverso la sua interfaccia grafica di modellare l'elica originale e quindi modificarne in modo veloce ed efficace le sue caratteristiche; grazie alla teoria BEM implementata all'interno del software è quindi possibile ottenere, con bassi costi computazionali e tempi di calcolo, una stima delle prestazioni delle nuove eliche. Il risultato di questa prima analisi sono una coppia di eliche la cui efficienza risulta migliore rispetto all'originale nelle condizioni di crociera. La prima è stata ottenuta tramite un aumento del passo dell'elica mentre la seconda tramite il metodo di ottimizzazione definito da definito da C.N. Adkins e R.H. Liebeck. Al fine di validare i risultatati ottenuti, le eliche ottimizzate e quella originale sono sottoposte ad una analisi più accurata tramite software CFD, condotta con la piattaforma OpenFOAM, ove verrà svolta una simulazione stazionaria incompressibile e turbolenta che riproduce le condizioni di crociera, in cui l'elica verrà messa in rotazione attorno al proprio asse grazie ad una mesh rotante.