Resumen de Aerodynamic analysis of unmanned aerial vehicle with hawk shape for monitoring oil leakage

Christopher Fuentes Hernández, Ernesto Elvira Hernández, Oliver Huerta Chávez, Héctor Vázquez Leal, Marco Osvaldo Vigueras Zúñiga, A. Leobardo Herrera May

• español

  La red de oleoductos requiere monitoreo periódico para detectar daños que puedan causar fugas de hidrocarburos con severo daño ambiental. Estos daños pueden generarse por interferencia de terceros, tales como trabajos de construcción, sabotaje, vandalismo, excavaciones y sustracción ilegal de hidrocarburos. Para detectar daños en oleoductos pueden utilizarse vehículos aéreos no tripulados (UAVs) con cámaras infrarrojas y sistemas de procesamiento de imágenes. Este trabajo presenta el análisis aerodinámico de un UAV con forma de halcón (envergadura de 2,20 m y longitud de 1,49 m) para aplicación potencial en la detección de fallas de oleoductos. Un prototipo a escala de 1:6,5 es fabricado usando una impresora 3D. Los coeficientes aerodinámicos del UAV son determinados usando simulaciones de dinámica de fluidos computacionales (CFD) y pruebas experimentales con un túnel de viento subsónico. Además, los coeficientes de sustentación y arrastre del UAV son obtenidos como función del número de Reynolds y el ángulo de ataque. También, el perfil de velocidad del aire alrededor del UAV es estimado con el modelo CFD. El UAV propuesto podría disminuir los costos de inspección de oleoductos en comparación con el uso de helicópteros o vehículos aéreos ligeros.

• English

  The oil pipeline network requires periodic monitoring to detect pipeline damages, which may cause oil leakage with severe environmental contamination. These damages can be generated by interference from third parties such as construction works, sabotage, vandalism, excavations, and illegal oil theft. To detect the oil pipeline damages, it can be used aerodynamic aerial vehicles (UAVs) with infrared cameras and image processing systems. This paper presents the aerodynamic analysis of a UAV with a hawk shape (wingspan of 2.20 m and length of 1.49 m) for potential application in the detection of oil pipeline failures. A 1:6.5 scale prototype of the UAV is fabricated using a 3D printer. The aerodynamic coefficients of UAV are determined using computational fluid dynamic (CFD) simulations and experimental testing with a subsonic wind tunnel. In addition, the lift and drag coefficients of UAVs are obtained as a function of Reynolds number and angle of attack. Also, the air velocity profile around UAV is estimated with the CFD model. The proposed UAV could decrease the inspection costs of pipeline networks in comparison with the use of helicopters or light aircraft.