Blade Element Theory Model for UAV Blade Damage Simulation

刀(考古) 叶片单元理论 叶片单元动量理论 要素(刑法) 结构工程 有限元法 计算机科学 工程类 航空航天工程 涡轮叶片 空气动力学 政治学 法学 涡轮机
作者
José Ignacio de Alvear Cárdenas,Coen C. de Visser
出处
期刊: 被引量:1
标识
DOI:10.2514/6.2024-2816
摘要

From fault-tolerant control to failure detection, blade damage simulation is integral for developing and testing failure-resilient modern unmanned aerial vehicles. Existing approaches assume partial loss of rotor effectiveness or reduce the problem to centrifugal forces resulting from the shift in the propeller centre of gravity. In this study, a white-box blade damage model based on Blade Element Theory is proposed, integrating both mass and aerodynamic effects of blade damage. The model serves as plug-in to the nominal system model, enables the simulation of any degree of blade damage and does not require costly experimental data from failure cases. A complementary methodology for the identification of the airfoil lift and drag coefficients is also presented. Both contributions were demonstrated with the Bebop 2 drone platform and validated with static test stand wrench measurements obtained at 3 levels of blade damage (0%, 10%, 25%) in a dedicated wind tunnel experimental campaign with velocities up to 12 m/s. Results indicate high accuracy in simulating a healthy propeller. In the presence of blade damage, the model exhibits a relative error between 5% and 24% at high propeller rotational speeds and between 15% and 75% at low propeller rotational speeds.
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