Design Considerations and Development of a Drone Rotor System Compensating for Dissymmetry of Lift

Abstract

Asymmetrisk løft er et velkjent problem for helikoptere, men dets effekt og omfang på droner er uklart. Denne oppgaven utforsker designbetrakninger rundt et dronerotorsystem for større multikopterdroner.

En komplett testrigg med vibrasjonsmålemuligheter ble bygget ved bruk av de kjente produktutviklingsmetodene ``Rapid prototyping'' og ``Design for Manufacturing and Assembly'' (DfMA). Et standardisert grensesnitt for montering av rotorsystemer ble tilvirket for å skape testmuligheter med ulike rotorer. Målet var å skape rimelig, hjemmeproduserbart og dermed vidt tilgjengelig testutstyr for å fremme forskning og utvikling av dronerotorteknologi. Bruken av elektroniske styringskomponenter som Arduino Mega, Raspberry PI og ESP32 ble også utforsket sammen med akselerometere for å skape et målesystem for vibrasjoner.

Et dronerotorsystem utviklet for å kompensere for asymmetrisk løft ble testet ved bruk av testriggen i et simulert fremoverflygningsmiljø ved bruk av en stor vindtunnell med vindhastighetskapasiteter på 0 - 15 m/s. Et fast dronerotorsystem ment for å representere en standard dronerotor ble også tilvirket og testet på samme vis for sammenligningens skyld.

Dissymmetry of lift (DoL) is a problem well-known in helicopters, but its effects and magnitude on drones are unclear. This thesis explores design considerations for a drone rotor head system for larger multicopter drones.

A full test rig with vibration measurement capabilities was constructed using the known product development principles of Rapid Prototyping and Design for Manufacturing and Assembly (DfMA). A standardized rotor attachment interface was created to facilitate testing opportunities with different rotor head systems. The goal was to create inexpensive, home-manufacturable, and thus widely available testing equipment to strengthen further research and optimization of drone rotor technology. Electronic control components, such as Arduino Mega, Raspberry PI, and ESP32, were explored with accelerometers for use as vibration measurement control systems.

A drone rotor head intended to compensate for the DoL was developed and tested with the test platform in a simulated forward flight environment using a large-scale wind tunnel with wind velocity capacities of 0-15 m/s. A fixed drone rotor head intended to represent standard drone rotor head configurations was also created and tested with the same test platform for comparison.