Study of solutions to mitigate the vibrations generated by the vertical rotors of a VTOL drone

Abstract

L’objectiu d’aquest treball de fi de grau ha estat estudiar solucions per mitigar l’impacte de les vibracions generades pels rotors verticals en un prototip de drone VTOL encara en fase de disseny. Aquest model pertany a l’empresa catalana Catuav, amb la que s’ha acordat com s’abordava el disseny de les solucions. D’aquesta manera, en aquest memòria es recullen cronològicament explicats les diferents fases del projecte.

En primer lloc, s’ha dut a terme una caracterització del comportament dinàmic de l’estructura afectada. Amb aquest objectiu, s’ha realitzat un estudi de les dades de la IMU de vols previs, un anàlisi modal experimental i un anàlisi modal operacional. És important remarcar que aquesta fase no ha estat fixe. S'ha allargat i modificat acord amb la informació que s'anava obtenint per tal de poder obtenir la informació necessària per poder dissenyar les solucions. A partir d’aquí, s’ha construït un model d’elements finits amb el mateix comportament dinàmic. L’objectiu d’aquest ha estat poder avaluar l’eficàcia de les solucions dissenyades sense necessitat d’implementar-les a l’estructura real. Seguint les pautes marcades per Catuav, el següent pas ha consistit en analitzar quina afectació al comportament dinàmic tenien diferents possibles modificacions estructurals. Per últim, s’ha estudiat els resultats obtinguts per tal de proposar diferents línies d’actuació per a mitigar l'efecte de les vibracions.

The aim of this final degree project has been to study solutions to mitigate the impact of the vibrations generated by the vertical rotors on a prototype VTOL drone still in the design stage. This model belongs to the Catalan company Catuav, with which it has been agreed how the design of the solutions was approached. In this way, this report explains chronologically the different phases of the project.

In first place, a characterization of the dynamic behavior of the affected structure has been carried out. To this end, an analysis of the IMU data from previous flights, an experimental modal analysis and an operational modal analysis have been performed. It is important to note that this phase of the project has not been fixed at any moment. It has been extended and modified according to the information that was being obtained in order to be able to get the necessary information to develop the possible solutions. From this, a finite element model with the same dynamic behavior has been built. The aim of this has been to be able to evaluate the effectiveness of the designed solutions without having to implement them in the real structure. Following the guidelines set by Catuav, the next step has been to analyze what impact on dynamic behavior had different possible structural modifications. Finally, the results obtained have been studied in order to propose different lines of action to mitigate the effect of vibrations.