Mechanical Design,Analysis, andManufacturing of Wind Tunnel Modeland support structure

This volume covers the phases from design to manufacturing of a wind tunnel testsupport structure for a conceptual blended wingbodyUAV designed by KTH GreenRaven Project students. The innovative aircraft design demonstrates sustainabilitywithin aviation by utilizing a hybrid electricfuelcell propulsion system. The windtunnel test to be conducted at Bristol University will produce data to evaluate theaerodynamic properties of the model for design verification. The wind tunnel modelis a smallscaled1.5mspanmodel supported by struts that change the pitch andyaw angles during testing. An external force balance provided by Bristol Universitymeasures the loads and moments experienced by the model. The main requirementsfor the structure are to withstand the aerodynamic loads imposed by the model andto change the model’s orientation while maintaining wind speed during the test. Themaximum aerodynamic loads were provided in a matrix, the largest of which was usedas the load condition for the support equating to a 512N lift at 14◦ AOA. Trade studieswere conducted to determine the mechanisms to satisfy the requirements while stayingwithin budget. The chosen design for the support structure includes a circular baseplate constrained by a locking ring with positioning pins to change the yaw angle. Themain strut is mounted at the the center of the circular base plate. A hinge bracketat the top of the strut interfaces with another hinge bracket within the model viaa clevis pin. An electric linear actuator mounted downstream of the main strut isused to vary the pitch angle, with the center of rotation at the clevis pin. Once thedesign was finalized, finite element analysis was done to verify the structural stabilityof the design. The FEA results were compared to EulerBernoulliapproximations fordeflection. Manufacturing of the components was outsourcedwhile assembly andprogramming of the actuator was done inhouse.Det här examensarbetet är en del av ett projekt som omfattar processen från designtill tillverkning av en vindstunnelstödstruktur för en konceptuell UAV av typenflygande vinge, designad av KTH Green Raven Projectstudenter.Den innovativaflygplanskonstruktionen visar hållbarhet inom flygindustrin genom att användahybridbränsleceller som framdrivningssystem. Vindtunneltest som genomförs vidBristol University kommer att producera data för att utvärdera de aerodynamiskaegenskaperna hos modellen för verifiering av designen. Vindtunnelmodellen är ennedskalad modell på 1,5 m som stöds av stag som ändrar anfallsochgirvinklarnaunder testningen. En extern mätsond från Bristol University mäter de krafter ochmoment som modellen utsätts för. De viktigaste kraven för konstruktionen är attmotstå de aerodynamiska lasterna som modellen påför och att ändra modellensorientering samtidigt som vindhastigheten bibehålls under testet. De maximalaaerodynamiska belastningarna tillhandahölls i en matris; varav den största användessom lastfall för stödet motsvarande en 512N lyftkraft vid 14◦ anfallsvinkel. Jämförandestudier genomfördes för att bestämma mekanismerna för att uppfylla kraven samtidigtsom de låg inom budgeten. Den valda konstruktionen för stödkonstruktionenbestår av en cirkulär basplatta som fixeras med hjälp av en låsring, och som harpositioneringsstift för att ändra girvinkeln. En huvudstång är monterad i mitten avbasplattan upp till ett gångjärnsfäste i modellen. Bakom detta sitter ett linjärt ställdonsom dras ut och skjuts ihop för att ändra modellens attityd med rotationscentrum viddet övre fästet på huvudstaget. När designen slutfördes gjordes en finit elementanalysför att verifiera dess strukturella stabilitet. FEAresultatenjämfördes med EulerBernoulliuppskattningarför utböjning. Tillverkningen av komponenterna överlätstill extern part, medan monteringen och programmeringen av ställdonet gjordesinternt