Efeitos do Fluxo Vetorial na Performance Aerodinâmica Multi-Eixo de um Rotor de UAV de Tamanho Pequeno

Variações na trajetória de voo e na velocidade durante a decolagem vertical, transição e voo nivelado causam mudanças substanciais no vetor de fluxo relativo de veículos aéreos não tripulados (UAVs) de múltiplos rotores. Em ambientes urbanos, as perturbações de campos de vento complexos aumentam ainda mais a incerteza das condições de fluxo. Este estudo investiga as características aerodinâmicas de um rotor de UAV de tamanho pequeno com passo fixo sob diferentes ângulos de fluxo, velocidades e velocidades de rotação utilizando um túnel de vento de fluxo reverso sub-sônico. O arranjo experimental permite o controle do ângulo de fluxo de −90° a +90° por meio de uma mesa giratória. Os resultados indicam que, sem fluxo de entrada, os coeficientes de empuxo axial e torque permanecem quase constantes. Com fluxo, ambos os coeficientes tornam-se muito sensíveis à velocidade na faixa de 2000–5000 rpm, com desvios de até quatro vezes aqueles sob condições estáticas. A força lateral em planta ao longo do eixo X aumenta significativamente com a velocidade do fluxo, atingindo cerca de metade da força axial, enquanto o componente do eixo Y é menor e negligenciável sob configurações simétricas. Os momentos de inclinação e rotação aumentam rapidamente uma vez que a velocidade do fluxo excede 8 m/s, superando o torque axial e exibindo forte assimetria direcional em torno de ângulos de fluxo de ±15°. Os resultados demonstram o comportamento acoplado de força e momento aerodinâmico de rotores pequenos sob fluxo complexo, fornecendo evidências experimentais para uma modelagem dinâmica aprimorada, design de controle e otimização de energia de UAVs operando em ambientes de vento turbulento.