Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

A numerical analysis of pusher propellers performance

Paulina Piątkowska

Abstract

Power unit consisting of engine and pusher propeller is one of the most popular forms of drive implementation in aircraft. It is used for many types of aircraft including light sport aircraft, compound helicopters and unmanned aerial vehicles (UAV). This configuration has many advantages (e.g. improvement of the visibility from the cockpit, better placing of center of gravity of the aircraft, possibility to place avionics systems in the front part of the aircraft). The process of selecting a pusher propeller for the aircraft can be complex. It has to be considered that the propeller is working in the airflow disrupted by other elements of the aircraft before the propeller, what affects velocity and load distribution on the propeller. Flow disturbances have influence on the propeller performance – deviations are different for every shape of the aircrafts structure. Two elementary parameters of the propeller are its diameter and pitch. A diameter is determined as a diameter of a circle that is circled by the blades tips. A pitch is defined as distance that propeller is moving during one revolution without any slip. Purpose of this work was to analyze propeller performance for the aircraft in pusher configuration. Relations between thrust for propellers with different pitches were analyzed. A model of the unmanned vehicle with high-wing was considered. During analysis influence of the wing and fuselage was taken into account in the conditions of project velocity flight. A model of the propeller was made based of the 3D scan of a real dual-blade propeller. Assembling numerical models of the computational domains and propellers of 7 different pitches allowed for completing simulations in different conditions. A validation of a basic propeller was made. It proved that the model was acceptable. For a constant inflow speed, relationship between propellers pitch and its thrust, power, consumed power and efficiency was investigated. Based on analysis, best propeller for the flight conditions was found. Main factor during selection of the propeller was to confront propeller characteristics with engine data. Best pitch for this case was designated. Additionally comparison analysis of the propeller with and without fuselage influence showed that fuselage has a beneficial impact on the propeller performance. Efficiency for low pitches can be increased even by 30% through changes to the flow caused by the fuselage.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Paulina Piątkowska (FPAE) Paulina Piątkowska,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Numeryczna analiza osiągów śmigła pchającego
Supervisor
Marcin Figat (FPAE/IAAM) Marcin Figat,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka (Aerospace Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
25-06-2019
Issue date (year)
2019
Pages
78
Internal identifier
MEL; PD-5173
Reviewers
Cezary Galiński (FPAE/IAAM) Cezary Galiński,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Marcin Figat (FPAE/IAAM) Marcin Figat,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
śmigło pchające, wpływ kadłuba, osiągi śmigła, symulacje numeryczne
Keywords in English
pusher propeller, influence of a fuselage, propeller performance, numerical simulations
Abstract in Polish
Zespół napędowy składający się z silnika i śmigła pchającego jest jedną z popularnych form realizowania napędu w statkach powietrznych. Stosowany jest do wielu typów obiektów latających m.in. lekkich samolotów, śmigłowców zespolonych czy bezzałogowych statków powietrznych UAV. Napęd pchający ma wiele zalet (np. polepszenie widoczności z kabiny, bardziej korzystne położenie środka ciężkości samolotu, możliwość umieszczenia systemów awionicznych z przodu samolotu). Proces doboru śmigła pchającego do statku powietrznego może być skomplikowany. Należy uwzględnić, że śmigło pracuje w przepływie zaburzonym przez części struktury znajdujące się przed nim, co wpływa na rozkład prędkości i obciążeń na śmigle. Zaburzenia przepływu wpływają na osiągi śmigła – charakter zmian jest inny dla każdej geometrii statku powietrznego. Dwoma podstawowymi parametrami śmigła są jego średnica i skok. Średnica wyznaczana jest jako średnica koła, które zataczają końcówki łopat. Skok jest definiowany jako odległość, którą przebyłoby śmigło w czasie jednego obrotu, gdyby nie występowało zjawisko poślizgu. Celem pracy była analiza osiągów śmigła dla samolotu w konfiguracji pchającej. Przeanalizowano zależności między wytwarzanym ciągiem dla śmigieł o różnych skokach. Rozważono model bezzałogowego statku powietrznego w konfiguracji górnopłata. W trakcie analiz uwzględniono wpływ kadłuba i płata na pracę śmigła w warunkach przelotu z prędkością projektową. Model śmigła powstał w oparciu o skan 3D rzeczywistego kompozytowego śmigła dwułopatowego. Stworzenie modeli numerycznych domen obliczeniowych i śmigieł o 7 różnych skokach pozwoliło na przeprowadzenie symulacji pracy śmigła w różnych warunkach. Dokonano walidacji modelu śmigła, której wyniki pozwoliły na stwierdzenie, że model jest poprawny. Dla stałej prędkości napływu zbadano zależność między skokiem śmigła a jego ciągiem, momentem, pobieraną mocą i sprawnością. Analiza pozwoliła na znalezienie najbardziej optymalnego śmigła dla danych warunków lotu statku powietrznego. Głównym kryterium w trakcie wyboru było skonfrontowanie charakterystyk śmigieł z charakterystyką mocowo-obrotową silnika. Wyznaczono najbardziej optymalny skok śmigła dla tych warunków. Dodatkowo analiza porównawcza osiągów z wpływem kadłuba i bez pokazała, że kadłub ma korzystny wpływ na osiągi śmigła. Sprawność dla małych skoków może być zwiększona nawet o 30% przez zmiany w przepływie spowodowane przez kadłub.
File
  • File: 1
    Praca_dyplomowa_inzynierska_Paulina_Piatkowska_276458.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 34852

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT2931593740c845359d9f452a06ae49fa/
URN
urn:pw-repo:WUT2931593740c845359d9f452a06ae49fa

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page