Conceptual design and construction of a UAV wing structure

• Main Authors: Rahman, Selma, Ranganathan, Anujan
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI) 2020
• Subjects: Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-276681

This report presents the design of the wing structure for a UAV called Skywalker X8. A model of the UAV was given and analyzed to design a wing box structure that is twice the size of the current model, with "greener" technology and lightweight materials. The loads that act upon the UAV were simulated and thereafter analyzed with the help of the CFD program called Star CCM+. Modifications on the CAD model and the FEM simulations were performed in Siemens NX. Eight different combinations were tested from the following five materials: CFRP (carbon fiber reinforced polymer), LDPE (low density polyethylene), polyethylene, polypropylene, and balsa wood. The results that best fit the requirements given was the combination of polypropylene as the wing skin and balsa as the honeycomb structure. This design weighed 3.576 kg and had the following stresses: 0.671 MPa, 0.340 MPa, 1 MPa, and 4 MPa for the angle of attacks at 1,2,3, and 6 degrees respectively. A modification of the trailing edge, which was the implementation of a Gurney flap, was made to see if it improved the lift-to-drag ratio, but unfortunately it did not so it was not developed further.   === Denna rapport kommer att presentera en design och konstruktion av höger vinge på en drönar-modell (UAV), X8 Skywalker. CAD modellen var given och användes vid de aerodynamiska och hållfasthets simuleringarna. Syftet med projektet var att konstruera vingen utifrån dessa perspektiv för vingen i fördubblad storlek, med "grönare" teknik i åtanke. Belastningarna som verkar på drönaren beräknades med hjälp av ett program, Star CCM+, som behandlar CFD-simuleringar. Redigering av CAD modellen och FEM-analyserna utfördes med hjälp av Siemens NX. Åtta olika kombinationer av 5 olika material testades, vilket är de följande: CFRP (carbon fibre reinforced polymer), LDPE (low density polyethylene), polyeten, polypropylen och balsa. Resultaten som uppfyller kraven bäst var polypropylen som vingens ytterhölje och balsa som honeycomb-strukturen. Denna konstruktion vägde totalt 3.576 kg och hade följande von Mises spänningar: 0.671 MPa, 0.340 MPa, 1 MPa och 4 MPa för angreppsvinklarna 1, 2, 3 respektive 6 grader. En modifiering av trailing edge gjordes för att se om det gav en förbättring av lift-to-drag ratio. Då den inte gav en önskad förändring så utvecklades den inte vidare.