Análisis y optimización de una hélice para drones de carreras

Abstract

Aquest treball es centra en l’anàlisi aerodinàmic i l’optimització geomètrica d’una hèlix dissenyada específicament per a drons de curses, una aplicació on el rendiment, la maniobrabilitat, canvis bruscos de direcció i l’eficiència energètica són fonamentals. A partir de les teories clàssiques com la teoria de l’element de pala (Blade Element Theory) i la teoria de la quantitat de moviment, es proposa una metodologia que combina simulacions numèriques mitjançant Dinàmica de Fluids Computacional (CFD) i la validació experimental mitjançant prototips de perfils aerodinàmics de les pales. S’han analitzat diferents variables geomètriques com l’angle d’atac, la torsió, l'amplada de la pala i el perfil aerodinàmic utilitzat. L’objectiu és maximitzar l’empenta generada i minimitzar la resistència, millorant o aproximant l’eficiència respecte a hèlixs comercials habituals en aquest tipus de drons. Aquest treball aporta una guia sòlida per al desenvolupament de sistemes de propulsió optimitzats per a UAVs (vehicles aeris no tripulats) de competició.

Este trabajo se centra en el análisis aerodinámico y la optimización geométrica de una hélice diseñada específicamente para drones de carreras, una aplicación en la que el rendimiento, la maniobrabilidad, los cambios bruscos de dirección y la eficiencia energética son fundamentales. A partir de teorías clásicas como la teoría del elemento de pala (Blade Element Theory) y la teoría de la cantidad de movimiento, se propone una metodología que combina simulaciones numéricas mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) y la validación experimental mediante prototipos de perfiles aerodinámicos de las palas. Se han analizado diferentes variables geométricas como el ángulo de ataque, la torsión, el ancho de la pala y el perfil aerodinámico utilizado. El objetivo es maximizar el empuje generado y minimizar la resistencia, mejorando o aproximando la eficiencia respecto a hélices comerciales habituales en este tipo de drones. Este trabajo aporta una guía sólida para el desarrollo de sistemas de propulsión optimizados para UAVs (vehículos aéreos no tripulados) de competición.

This work focuses on the aerodynamic analysis and geometric optimization of a propeller specifically designed for racing drones—an application where performance, maneuverability, sharp directional changes, and energy efficiency are essential. Based on classical theories such as Blade Element Theory and Momentum Theory, a methodology is proposed that combines numerical simulations using Computational Fluid Dynamics (CFD) and experimental validation through aerodynamic profile prototypes of the blades. Various geometric variables have been analyzed, such as the angle of attack, twist, blade width and the aerodynamic profile used. The objective is to maximize the generated thrust and minimize drag, improving or matching the efficiency of commercial propellers commonly used in this type of drone. This work provides a solid guide for the development of optimized propulsion systems for competitive UAVs (Unmanned Aerial Vehicles).