aerochopper(vtol concept)

142
1 Aero-chopper (VTOL) Supervisor: Mr. Nasser Chakra by, Shashank Dathatreya

Upload: shashank-dathatreya

Post on 27-Jan-2017

182 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: AeroChopper(VTOL concept)

   

 1  

 

 

 

Aero-chopper  

  (VTOL) Supervisor: Mr. Nasser Chakra

 

 

   

 

by,

Shashank Dathatreya

 

Page 2: AeroChopper(VTOL concept)

   

 2  

 

Table of Content INTRODUCTION  ...............................................................................................................................  4  

UAV  Types  ...................................................................................................................................  6  

Understanding  the  Project  ..............................................................................................................  8  

AIM  ..............................................................................................................................................  8  

ABSTRACT  ....................................................................................................................................  8  

SCOPE  ..........................................................................................................................................  8  

Parametric  Study  ...........................................................................................................................  10  

Specifications  and  details  ..........................................................................................................  12  

Specifications  and  details  ..........................................................................................................  14  

GANTT  CHART  ................................................................................................................................  17  

DESIGN  CONCEPT  ..........................................................................................................................  19  

COST  ANALYSIS  ..............................................................................................................................  21  

MAN  POWER  .................................................................................................................................  23  

Cost  analysis  ..................................................................................................................................  24  

Cost  of  materials  and  electricals  ...............................................................................................  26  

Materials  .......................................................................................................................................  27  

Tools  ..........................................................................................................................................  30  

ELECTRICALS  ..............................................................................................................................  32  

Overview  ...................................................................................................................................  33  

Overview  ...................................................................................................................................  35  

Airfoil  Selection  .............................................................................................................................  42  

AIRCRAFT  DESIGN  ..........................................................................................................................  47  

Structure  designing  :(PROFILI)  .......................................................................................................  49  

3D  Drawing  ....................................................................................................................................  54  

Page 3: AeroChopper(VTOL concept)

   

 3  

 

CONSTRUCTION  (ASSEMBLY)  ........................................................................................................  58  

GRAPHS  .........................................................................................................................................  74  

Area  Calculation  ............................................................................................................................  78  

PERFORMANCE  ANALYSIS  .............................................................................................................  97  

CENTRE  OF  GRAVITY  ....................................................................................................................  128  

PERFORMANCE  ANALYSIS  ...........................................................................................................  132  

Troubleshooting  ..........................................................................................................................  135  

Safety  and  Risk  Assessment  ........................................................................................................  138  

CONCLUSION  ...............................................................................................................................  139  

 

Page 4: AeroChopper(VTOL concept)

   

 4  

 

Acknowledgement

Of the many people who have been enormously helpful in the preparation of this

project, we are especially thankful to, Mr. Nasser Chakra for his help and

support in guiding us to through to its successful completion.

We would also like to extend our since gratitude to Emirates Aviation College for

the use of their resources, such as online databases and library, without which

the completion of this project would have been extremely difficult.

A very special recognition needs to be given to Ms. Kavita, our librarian, for her

extensive help and support during research and in dealing with online resources.

In addition, a special thanks to our friends Cibin, Suraj and Yogesh for their help,

consideration and guidance.

Last but not least, we would like to say a special thank you to our parents and

family members for their moral and financial support this semester.

 

Page 5: AeroChopper(VTOL concept)

   

 5  

 

INTRODUCTION1

 Figure  1  

 

UAV  is  an  acronym  for  Unmanned  Aerial  Vehicle,  which  is  an  aircraft  with  no  pilot  on  board.  

UAVs  can  be  remote  controlled  aircraft,  for  example,  flown  by  a  pilot  at  a    ground  control  

station,  or  can  fly  autonomously  based  on  pre-­‐programmed  flight  plans  or  more  complex  

dynamic  automation  systems.  UAVs  are  currently  used  for  a  number  of  missions,  including  

reconnaissance  and  attack  roles.  To  distinguish  UAVs  from  missiles,  a  UAV  is  defined  as  being  

capable  of  controlled,  sustained  level  flight  and  powered  by  a  jet  or  reciprocating  engine.  In  

addition,  a  cruise  missile  can  be  considered  to  be  a  UAV,  but  is  treated  separately  on  the  basis  

that  the  vehicle  is  the  weapon.  The  acronym  UAV  has  been  expanded  in  some  cases  to  UAVS  

(Unmanned  Aircraft  Vehicle  System).  The  FAA  has  adopted  the  acronym  UAS  (Unmanned  

                                                                                                                         

1. 1  http://www.theuav.com/    

Page 6: AeroChopper(VTOL concept)

   

 6  

 

Aircraft  System)  to  reflect  the  fact  that  these  complex  systems  include  ground  stations  and  

other  elements  besides  the  actual  air  vehicles.  

Officially,  the  term  'Unmanned  Aerial  Vehicle'  was  changed  to  'Unmanned  Aircraft  System'  to  

reflect  the  fact  that  these  complex  systems  include  ground  stations  and  other  elements  besides  

the  actual  air  vehicles.  The  term  UAS,  however,  is  not  widely  used  as  the  term  UAV  has  become  

part  of  the  modern  lexicon.  

UAV Types

• Target  and  decoy  -­‐  providing  ground  and  aerial  gunnery  a  target  that  simulates  

an  enemy  aircraft  or  missile    

• Reconnaissance  -­‐  providing  battlefield  intelligence    

• Combat   -­‐   providing   attack   capability   for   high-­‐risk   missions   (see   Unmanned  

Combat  Air  Vehicle)    

• Research   and   development   -­‐   used   to   further   develop   UAV   technologies   to   be  

integrated  into  field  deployed  UAV  aircraft    

• Civil  and  Commercial  UAVs  -­‐  UAVs  specifically  designed  for  civil  and  commercial  

applications.    

Degree  of  Autonomy  

Some  early  UAVs  are  called  drones  because  they  are  no  more  sophisticated  than  a  simple  radio  

controlled  aircraft  being  controlled  by  a  human  pilot  (sometimes  called  the  operator)  at  all  

times.  More  sophisticated  versions  may  have  built-­‐in  control  and/or  guidance  systems  to  

perform  low  level  human  pilot  duties  such  as  speed  and  flight  path  stabilization,  and  simple  

prescript  navigation  functions  such  as  waypoint  following.  

From  this  perspective,  most  early  UAVs  are  not  autonomous  at  all.  In  fact,  the  field  of  air  vehicle  

autonomy  is  a  recently  emerging  field,  whose  economics  is  largely  driven  by  the  military  to  

develop  battle  ready  technology  for  the  war  fighter.  Compared  to  the  manufacturing  of  UAV  

flight  hardware,  the  market  for  autonomy  technology  is  fairly  immature  and  undeveloped.  

Because  of  this,  autonomy  has  been  and  may  continue  to  be  the  bottleneck  for  future  UAV  

Page 7: AeroChopper(VTOL concept)

   

 7  

 

developments,  and  the  overall  value  and  rate  of  expansion  of  the  future  UAV  market  could  be  

largely  driven  by  advances  to  be  made  in  the  field  of  autonomy.  

Autonomy  technology  that  will  become  important  to  future  UAV  development  falls  under  the  

following  categories:  

• Sensor   fusion:   Combining   information   from  different   sensors   for   use   on   board  

the  vehicle    

• Communications:   Handling   communication   and   coordination   between  multiple  

agents  in  the  presence  of  incomplete  and  imperfect  information    

• Motion   planning   (also   called   Path   planning):   Determining   an   optimal   path   for  

vehicle  to  go  while  meeting  certain  objectives  and  constraints,  such  as  obstacles    

• Trajectory   Generation:   Determining   an   optimal   control   maneuver   to   take   to  

follow  a  given  path  or  to  go  from  one  location  to  another    

• Task   Allocation   and   Scheduling:   Determining   the   optimal   distribution   of   tasks  

amongst  a  group  of  agents,  with  time  and  equipment  constraints    

• Cooperative  Tactics:  Formulating  an  optimal  sequence  and  spatial  distribution  of  

activities   between   agents   in   order   to  maximize   chance  of   success   in   any   given  

mission  scenario  

Page 8: AeroChopper(VTOL concept)

   

 8  

 

Understanding the Project

AIM

The  Aim  of  this  project  is  to  design  and  construct  an  Unmanned  Aerial  Vehicle  which  will  be  a  

hybrid  between  a  helicopter  and  an  airplane,  so  that  we  can  achieve  advantages  of  both  

helicopter  and  airplane.  

ABSTRACT

The  purpose  of  this  project  is  to  design  and  construct  a  tilt-­‐rotor  aircraft  with  both  a  vertical  

takeoff  and  landing.  The  aircraft  being  a  hybrid  of  airplane  and  helicopter,  which  gives  the  

structure  a  superior  performance  and  enhanced  abilities  having  both  the  functions  of  a  

helicopter  and  the  aircraft,  which  include  vertical  take-­‐off/landing  and  required  forward  speed.  

The  model  aircraft  can  be  constructed  with  balsa  wood  or  any  composite  materials.  The  

airframe  consists  of  the  fuselage,  which  is  the  main  component  of  the  airplane,  the  wings(large  

section  of  the  aircraft),  and  the  empennage  (tail  section,  or  tail  feathers).    The  components  of  

the  wings  and  tail  sections  are  also  known  as  the  control  surfaces  since  they  are  of  course  

important  in  controlling  the  airplane.    The  attached  to  the  wings  are  flaps  and  ailerons.    The  

empennage  is  the  tail  assembly  consisting  of  the  horizontal  stabilizers,  the  elevators,  the  vertical  

stabilizer,  and  the  rudder.  

SCOPE

Scope  of  the  project  of  constructing  a  UAV  which  will  possess  the  capabilities  of  both  helicopter  

and  airplane.  Many  reasons  to  this  purpose  ,  most  important  being  because  this  branch  of  

aerospace  industry  has  not  fully  been  succeeded.  Their  success  is  limited  to  jet  aircraft  with  

VTOL  which  use  thrust  vectoring  and  helicopters  which  use  cyclic  pitch  and  collective  pitch  to  

hover.  

Page 9: AeroChopper(VTOL concept)

   

 9  

 

The  success  of  this  model  could  be  a  breakthrough  for  larger  scale  models  and  eventually  there  

could  be  a  new  era  of  transportation  where  the  private,  military  aircrafts  could  also  implement  

this  concept  an  use  shorter  runway  for  take-­‐off  and  cruise  at  a  higher  speed.  

One  of  the  main  advantages  of  this  type  of  aircraft  is  that  if  in  case  the  engine  fails,  the  aircraft  

can  glide  and  land  as  a  normal  aircraft  since  it  has  wings  to  create  lift  unlike  helicopter,  similarly  

vice  versa.  

Page 10: AeroChopper(VTOL concept)

   

 10  

 

Parametric Study The  aircrafts  made  with  the  similar  concept  is  taken  into  this  parametric  study  

RC  TWIN  VTOL  PROTOTYPE  

 Figure  2  

Specifications and details

Dimensions

Length  -­‐  43  inches  

Wingspan  -­‐  48  inches  

Center  wing  -­‐  29  inches  

Motor  spacing  -­‐  19  inches  

 

 

Page 11: AeroChopper(VTOL concept)

   

 11  

 

Specification

Motors  -­‐  AXI  2212/26  

Propellers  -­‐  MPI  MAXX  PRODUCTS  counter  rotating  pair  10  x  4.5  slow  flyer  

ESC  controller  -­‐  Castle  Creations  newer  phoenix  25  Amp  with  3  amp  BEC  

Batteries  tested  -­‐  Polypus  PQ-­‐2100XP-­‐3S  2100ma  20  C  rated  167  grams  or  PD-­‐B2600N-­‐SP  3S  

2600ma  12C  rates  192  grams  

External  mixers  -­‐  2  VEE-­‐TAIL  OMNI  mixers  

Aircraft  Structure  -­‐  1/4  inch  balsa  tail  and  fuselage,  2  @  8mm  diameter  carbon  fiber  tubes  

C  of  G  -­‐  on  the  tilt  spar  tube  of  maximum  1/4  inch  front  of  the  C  of  G  -­‐30%  of  wing  chord  

position  WING  

Static  Thrust  -­‐  max  1300  grams  

Weight  -­‐  920-­‐950  grams  

   

Page 12: AeroChopper(VTOL concept)

   

 12  

 

V-­‐22  OSPREY  MODEL  

 Figure  32  

 

Specifications and details

Dimension

- Length  –  38.5  inches  

- Span  –    36  inches  

- Center  wing  –  22  inches  

- Weight  –  1500  g  

Power  system  –  2  Scorpion  HK  2221-­‐10  motors  

Propeller  –  APC  12  x  3.8  slow  flyer  

Servos used

- 2  HITEC  HS-­‐5085MG  (for  tilting  motors)  

- 2  micro  servos  (for  controlling  movable  surfaces  )  

                                                                                                                         

2. 2 2 http://www.theuav.com/

Page 13: AeroChopper(VTOL concept)

   

 13  

 

Structure

- Primary  –  Balsa  wood  

- Secondary  –  Carbon  rods  and  aluminum  pipes  

Electricals

- Receiver  –  Futaba  R617FS  

- Battery  –  Two  EM2200  4S  

- ESC  –  Two  Phoenix  ICE  Lite  50SB  

- Gyro  –  Three  Futaba  GY401  

- Receiver  power  –  CC  regulator  20A  Pro  

Airfoil used  –  NACA  2413  

Wing used  –  Straight  wing  

Empennage:

 Horizontal  and  vertical  stabilizer  –  conventional  

Adhesion

- E-­‐poxy  30  minutes  

- E-­‐poxy  5  minutes  

- Hot  glue  

   

Page 14: AeroChopper(VTOL concept)

   

 14  

 

Specifications and details (AERO-CHOPPER)

Dimensions

- Length  –  39  inches  

- Span  –  34  inches  

- Center  wing  –  22  inches  

- Approximate  weight  estimation  –  2.5  to  3  kg  

Power system  –  two  Power  electric  motors  

Propeller  –  APC  12  x  3.8  slow  flyer    

Servos used

- 2  high  torque  and  high  speed  servo    (for  tilting  the  motors)  

- 4  Micro  servos  (  for  controlling  movable  surfaces  )  

Structure

- Primarily  :  Balsa  wood  

- Secondary  :  Carbon  rods  and  aluminum  pipes  

Electricals

- Minimum  9  channel  receiver  and  transmitter  

- Minimum  3  gyros  

- 2  external  V-­‐mixer  

- Wire  extensions  

- Y-­‐splitters  

- Two  4cell  battery  packs  

- 1  BEC  

- 2  Electronic  Speed  Controllers  –  Minimum  60amps  

Airfoil used  –  NACA  2414  

Wing used  –  straight  single  high  wing  with  uniform  chord  

Page 15: AeroChopper(VTOL concept)

   

 15  

 

Empennage:

 Horizontal  and  vertical  stabilizer  –  conventional  

Engine  mount  –  is  tilted  inwards  by  2.3degrees  

Adhesion

- Z-­‐poxy  30  minutes  

- Z-­‐poxy  5  minutes  

 

Page 16: AeroChopper(VTOL concept)

   

 16  

 

Mission Objectives

• Design  and  construct  a  hybrid  aircraft  of  a  helicopter  and  an  airplane.  

• Ensuring  stable  takeoff,  land  and  transition  from  hover  mode  to  forward  mode.  

• Ensure  that  the  aircraft  has  an  average  endurance  of  a  minimum  15  minutes  in  

hover  mode  or  normal  mode.  

Outcomes

• Gathering  information  about  How  VTOL  mechanism  works.  

• The  type  of  wings  and  body  constructed  suitable  to  the  VTOL  concept  

• Defining  a  set  of  parameters  that  we  want  the  plane  to  conform  to.  

• Identify  the  materials  and  the  budget  required.  

• Mathematical  and  aerodynamic  calculations  and  maneuver  calculation.  

• Design  the  aircraft  in  a  2D  &  3D  sketch  on  AUTOCAD.  

• Create  an  effective  launch  system  in  hover  mode.  

• Experiment  the  prototype  model  &  troubleshoot  safety  &  related  issues.  

• A  Presentation  of  the  aircraft.  

Table  1  

                                                                               SPECIFICATIONS  

Wing  span  (A)   Span    <  1m    

Type  of  Wing   Straight  wing    

     

Weight   Weight  <  2kg    

Fuselage  Length(a)   Length  <  1m    

Page 17: AeroChopper(VTOL concept)

   

 17  

 

GANTT CHART  

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 18: AeroChopper(VTOL concept)

   

 18  

 

 

Page 19: AeroChopper(VTOL concept)

   

 19  

 

DESIGN CONCEPT The  concept  of  Aero-­‐chopper  is  very  simple  but  involves  sophisticated  electrical  and  mechanics  

for  it  to  work.  

The  aircraft  will  be  a  twin  engine  and  the  engines  will  be  on  both  the  ends  of  the  wing  and  will  

be  placed  exactly  on  the  C.G  of  the  aircraft  so  that  when  the  thrust  is  given,  and  if  the  aircraft  is  

balanced  exactly  on  the  C.G(motors),  Aero-­‐chopper  should  lift  vertically.  

 

 

Figure  4  

The  control  of  Aero-­‐chopper  on  the  different  axis  will  be  done  by  moving  the  engines  and  also  

by  powering  up  and  down  of  the  motors.  

For  the  control  of  the  pitch,  Aero-­‐chopper  will  tilt  its  wing  anti-­‐clockwise  which  would  move  the  

direction  of  the  propellers  too.  This  will  cause  a  change  in  the  pitch  of  the  aircraft.  

Page 20: AeroChopper(VTOL concept)

   

 20  

 

 Figure  5  

 

The  Aero-­‐chopper  should  also  have  the  capability  to  tilt  its  engine  forward  about  45o  to  help  it  

transit  from  Hover  mode  to  normal  aircraft  mode  where  its  engine  will  be  0o  (parallel  to  the  

direction  of  flight)  

 

Figure  6  

Page 21: AeroChopper(VTOL concept)

   

 21  

 

COST ANALYSIS Man hours analysis

Table  2  

WBS   Sheet:  1   Analysis  in  hours  

Activity  description   Est  to  

complete  

Est  @  

complete  

Variance  

    GANTT  CHART   2   3   1  

    Research   15   20   5  

    Aircraft  Design   25   40   15  

    Design  Approval   3   5   2  

    Parametric  Design   4   4   0  

    Airfoil  selection   2   2   0  

    3D  design   15   20   5  

    Mission   1   1   0  

    Selection  of  aircraft  parts   3   5   2  

    Cost  Analysis   2   2   0  

    Tools  and  Materials(separate  sheet)   10   16   6  

    Construction  plan  printing/Tracing   20   23   3  

    Cutting  of  material  parts  and  organizing   4   4   0  

    Construction  of  aircraft  structure  accordingly   45   55   10  

    Assembly  made  rigid  and  Shaping   3   4   1  

Page 22: AeroChopper(VTOL concept)

   

 22  

 

    Electricals  and  Servos  purchase(separate  sheet)   5   5   0  

    Custom  circuit  made  and  tested   4   5   1  

    Fixing  of  Electricals  and  Servos   10   13   3  

    Aircraft  performance  test   3   3   0  

    Performance  calculations   15   20   5  

    Centre  of  Gravity  placement/calculations   2   2   0  

    Flight  Test  -­‐  1   3   3   0  

    Painting  and  finishing  of  aircraft  structure   2   2   0  

    Flight  Test  -­‐  2   3   4   1  

    Final  Calculations   2   4   2  

    Flight  Test  -­‐  3   3   3   0  

    Project  report  writing   10   15   5  

    Finalization  of  Aircraft   1   1   0  

    Deliverable   2   2   0  

    TOTAL   219   286   67  

Page 23: AeroChopper(VTOL concept)

   

 23  

 

MAN POWER

Table  3  

Days  for  the  Project   90  days  

 

Days  devoted  to  the  project  

 

70  days  

Average  hours  worked  per  day  

 

4hours/day  

Total  hours  for  the  days  worked  

 

45  x    4    =      180  hours  

Average  Man  power  =  no.  of  persons/  hours  

 

1/180  

 

So  a  person  has  to  work  for  280  hours  on  this  project.  

Page 24: AeroChopper(VTOL concept)

   

 24  

 

Cost analysis Table  4  

WBS   Sheet:  2   Analysis  in  costs  

Activity  description   Est  to  

complete  

Est  @  

complete  

Variance  

    GANTT  CHART   0   0   0  

    Research   0   30   30  

    Aircraft  Design   50   70   20  

    Design  Approval   50   65   15  

    Parametric  Design   0   0   0  

    Airfoil  selection   0   0   0  

    3D  design   0   0   0  

    Mission   0   0   0  

    Selection  of  aircraft  parts   0   0   0  

    Cost  Analysis   0   0   0  

    Tools  and  Materials(separate  sheet)   600   820   220  

    Construction  plan  printing/Tracing   50   85   35  

    Cutting  of  material  parts  and  organizing   30   35   5  

    Construction  of  aircraft  structure  accordingly   50   60   10  

    Assembly  made  rigid  and  Shaping   30   30   0  

Page 25: AeroChopper(VTOL concept)

   

 25  

 

    Electricals  and  Servos  purchase(separate  sheet)   6000   7740   1740  

    Custom  circuit  made  and  tested   0   0   0  

    Fixing  of  Electricals  and  Servos   0   30   30  

    Aircraft  performance  test   0   0   0  

    Performance  calculations   0   0   0  

    Centre  of  Gravity  placement/calculations   0   0   0  

    Flight  Test  -­‐  1   200   200   0  

    Painting  and  finishing  of  aircraft  structure   30   40   10  

    Flight  Test  -­‐  2   200   200   0  

    Final  Calculations   0   0   0  

    Flight  Test  -­‐  3   200   200   0  

    Project  report  writing   0   0   0  

    Finalization  of  Aircraft   0   0   0  

    Deliverable   50   50   0  

    TOAL   7540   9655   2115  

   

Page 26: AeroChopper(VTOL concept)

   

 26  

 

Cost of materials and electricals Table  5  

Items   Quantity   Cost  per  piece(aed)   Total  Amount  (aed)  

Materials  

Balsa  wood  pack   1   500   500  

Glues   5   35   175  

Sand  Paper   10   5   50  

Cutter   3   15   45  

Monocot   1   50   50  

Electricals  

Propellers   3   60   180  

Electric  Speed  Control   3   480   1440  

Battery   3   640   1920  

Engine(Motor)   3   460   1380  

Radio  unit   1   1000   1000  

Landing  Gear  unit   1   500   500  

Servo  pack   4   170   680  

Servo(Tilt  rotor)   2   290   580  

Hinges  pack   3   20   60  

Total   43   4225   8560  

 

Page 27: AeroChopper(VTOL concept)

   

 27  

 

Materials3 Balsa wood

Figure  7  

 

Balsa  wood  is  the  main  material  that  we  have  used  to  construct  the  aircraft.  Balsa  wood  is  

lightweight,  inexpensive  and  relatively  strong.  We  have  used  it  to  construct  the  fuselage,  wing  

and  tail-­‐plane  as  well  as  in  the  sheeting  of  the  plane.  

Ply  wood  

 

Figure  8  We  used  ply  wood  on  our  model  on  the  places  where  we  need  more  strength  like  the  root  rips  

of  the  wing,  the  front  side  cover  of  the  fuselage,  servo  plates  etc.  

The  materials  that  were  mainly  used  were  Balsa  and  Plywood  

                                                                                                                         

3. 3  http://www.moneysmith.net/Soaring/soaring4.html    

Page 28: AeroChopper(VTOL concept)

   

 28  

 

Table  6  

Component   Material   Thickness  

flat  fuselage  sides,    wing  ribs,  wing  

spruces,  main  frame  of  fuselage,  

servo  holder,  battery  pack  holder  ,  

frame  and    landing  gear  support  area  

etc.  

B-­‐Grain    balsa  wood   4  mm  

Elevator  ,horizontal    stabilizer,  

vertical  stabilizer,  aileron  and  rudder  

C-­‐grain  balsa  wood   3.2  mm  

Covering  rounded  the  fuselage,  

planking  fuselage  and  nose  and  wing  

surface  

A-­‐grain   1.5  mm  

To  support  some  particular  area  like  

inside  the  fuselage,    Tilt  roll  of  the  

wing,  and  landing  gear  hold  and  

support  area  etc.  

we  used  very  small  amount  of  ply  

wood  to  make  structure  strong.  

Plywood   4  mm  

Thickness

▬ Mostly  we  used  4mm  balsa  for  our  main  construction  like  wings  ,  flat  fuselage  sides,  

wing  ribs,  formers,  trailing  edges  where  more  strength  are  required.  

▬ We  used    3.2  mm    for  body  where  it  is  not  required  to  be  very  strong  and  it’s  because  to  

reduce  weight.  we  also  used  it  for  rudder,  elevator,  stabilizer,  other  attachments  etc.  

▬ In  our  project  used    1.5mm  where  it  is  required    for  covering.  

 

 

Page 29: AeroChopper(VTOL concept)

   

 29  

 

E-poxy Glue

Figure  9  

 

Epoxy  is  a  strong,  important  modeling  glue  but  one  which  must  be  used  sparingly  because  of  its  

heavy  weight.  

Epoxy  is  classified  by  its  strength  and  working  time.  Quick  cure,  or  five  minute  epoxy,  is  strong  

enough  for  most  modeling  applications,  and  is  very  handy  for  quick  repairs.  Slow  cure  (30  

minute  or  more)  epoxy  is  used  when  extra  strength  is  required.  

We  have  used  epoxy  to  join  the  major  parts  of  the  airplane.  This  includes  joining  the  wing  

mounts  to  the  fuselage,  and  attaching  the  tail  to  the  fuselage.  We  have  also  used  slow  cure  

epoxy  for  bonding  the  wood  skins  to  the  foam  wing  and  stabilizer  core.  

 

Masking Tape

Figure  10  

 

We  used  masking  tape  for  minor  repairs  in  the  airplane.  Masking  tape  was  chosen  due  to  its  

convenient  size,  shape  and  ease  of  removal.  It  was  mainly  used  for  fixing  small  cracks  in  the  

balsa  wood.  

Page 30: AeroChopper(VTOL concept)

   

 30  

 

Tools

 

Drill tools Figure  11  

 

We  used  a  small  hand  drill  to  drill  holes  in  the  balsa  wood.  A  drill  press  was  also  used  to  make  

sure  that  the  holes  were  straight.  Our  hand  drill  was  able  to  make  holes  of  2mm  thickness.  

Protractor Figure  12  

 

We  used  a  protractor  to  measure  various  angles  in  the  model  aircraft,  which  were  needed  in  the  

calculations.  For  example,  we  used  it  to  measure  the  sweptback  angle  and  the  angle  of  the  tail  

planes.  

Cutter

Figure  13  

 

Page 31: AeroChopper(VTOL concept)

   

 31  

 

We  used  a  normal  cutter  as  it  was  very  useful  to  cut  the  balsa  wood,  it  easily  cut  through  the  

wood  and  was  simple  to  handle.  We  sometimes  used  it  to  file  the  surface  of  the  wood  to  make  it  

smooth  and  even.  

Rulers

 Figure  14  

   

We  used  rulers  for  measuring  the  dimensions  of  the  aircraft  like  wingspan,  length  of  the  

fuselage  etc.  

Sand paper Figure  15  

 

Sandpaper  is  used  to  remove  small  quantities  of  material  at  a  time  from  the  surface  of  an  

object.  Sandpaper  can  be  used  to  remove  a  specific  material  from  an  object  (such  as  a  layer  of  

paint)  or  to  level  and/or  smooth  the  surface  of  the  object.  Sandpaper  comes  in  many  numbered  

"grades,"  with  smaller  numbers  being  coarser  and  removing  more  surface  material  with  each  

pass.  Higher  numbers  are  finer  and  remove  less  material.  

We  have  mostly  used  ‘low  grade’  sandpaper  for  polishing  and  smoothing  the  aircraft.  We  have  

also  used  it  to  shape  the  ribs  and  spars  of  the  model  aircraft.  

Page 32: AeroChopper(VTOL concept)

   

 32  

 

ELECTRICALS4

MOTORS

Main  wing  motors(2  on  the  either  sides  of  the  wing)  

Figure  16  

 

Power  10  Brushless  Out-­‐runner  Motor,  1100Kv  

Key Features

• Equivalent  to  a  10-­‐size  glow  engine  for  32–48  ounce  (910–1360  g)  airplanes    

• Ideal  for  3D  airplanes  weighing  28–36  ounces  (790–1020  g)    

• Ideal  for  models  requiring  up  to  450  watts  of  power    

• High-­‐torque,  direct-­‐drive  alternative  to  in-­‐runner  brushless  motors    

• Includes  mount,  prop  adapters  and  mounting  hardware    

• External   rotor  design—5mm  shaft   can  easily  be   reversed   for   alternative  motor  

installations    

• Slotted  14-­‐pole  out-­‐runner  design    

                                                                                                                         

4. www.e-­‐fliterc.com/Products  

 

Page 33: AeroChopper(VTOL concept)

   

 33  

 

• High-­‐quality  construction  with  ball  bearings  and  hardened  steel  shaft    

• Quiet,  lightweight  operation  

Overview

The  Power  10  is  designed  to  deliver  clean  and  quiet  power  for  10-­‐size  sport  and  scale  airplanes  

weighing  32  to  48  ounces  (910  to  1360  grams),  3D  airplanes  weighing  28  to  36  ounces  (790  to  

1020  grams),  or  models  requiring  up  to  375  watts  of  power.  It’s  an  especially  good  match  for  the  

E-­‐flite  Brio  10  for  high  speed  F3A  precision  or  artistic  aerobatics.    

Product Specifications

Type:   Brushless  out-­‐runner  motor  

Size:   10-­‐size  

Bearings  or  Bushings:   One  5  x  14  x  5mm  Bearing,  and  One  5  x  11  x  5mm  Bearing  

Wire  Gauge:   16  

Recommended  Prop  Range:   10x5–12x6  

Voltage:   7.2–12  

RPM/Volt  (Kv):   1100  

Resistance  (Ri):   .043  ohms  

Idle  Current  (Io):   2.10A  @10V  

Continuous  Current:   32A  

Maximum  Burst  Current:   42A  (15  sec)  

Cells:   6–10  Ni-­‐MH/Ni-­‐Cd  or  2–3S  Li-­‐Po  

Speed  Control:   35–40A  brushless  

Weight:   122  g  (4.3  oz)  

Page 34: AeroChopper(VTOL concept)

   

 34  

 

Overall  Diameter:   35mm  (1.40  in)  

Shaft  Diameter:   5mm  (.20  in)  

Overall  Length:   43mm  (1.60  in)  

 

Needed  to  Complete  

E-­‐flite  Brio  10  

40A  ESC  

6-­‐  to  10-­‐cell  Ni-­‐MH/Ni-­‐Cd  or  2–3S  Li-­‐Po  

10x5  to  12x6  electric  props  

Tail  Wing  motor(1  at  the  rear)  

Figure  17  

 

Park  370  BL  Outrunner,1200Kv  with  4mm  Hollow  Shaft  

Key Features

• Ideal  for  models  requiring  up  to  120  watts  of  power    

• Optimized  windings  for  3D  performance    

Page 35: AeroChopper(VTOL concept)

   

 35  

 

• High-­‐torque,  direct-­‐drive  alternative  to  in-­‐runner  brushless  motors    

• Includes  mount,  prop  adapters  and  mounting  hardware    

• 4mm  hollow  shaft  is  easily  reversed  for  alternative  motor  installations    

• Excellent  motor  for  small  3D  airplanes  7–14  oz  (200–400  g)    

• Extremely  lightweight—just  1.6  ounces    

• Ideal   for   variable   pitch   props   such   as   the   E-­‐flite®   Showstopper   Variable   Pitch  

Prop  System    

• External  rotor  design  for  better  cooling    

• High-­‐quality  construction  with  ball  bearings  

Overview

E-­‐flite’s  latest  Park  370  is  a  brushless  out-­‐runner  motor  that  features  a  4mm  hollow  shaft,  ideal  

for  use  with  variable  pitch  propellers.  It’s  perfectly  designed  for  electric  models  equipped  with  

variable-­‐pitch  propeller  systems,  such  as  the  E-­‐flite®  ShowStopper  VPP  system.  However,  you  

don’t  need  a  VPP  to  use  this  motor—it’s  an  excellent  motor  for  small  3D  airplanes  that  weigh  7–

14  ounces.  A  motor  mount,  prop  adapter  and  all  hardware  are  included.  

Product Specifications

Type:   Brushless  out-­‐runner  

Size:   Park  370  

Bearings  or  Bushings:   One  4  x  8  x  4mm  Bearing,  and  One  4  x  9  x  4mm  Bearing  

Recommended  Prop  Range:   8x3.8–10x4.7  or  Variable  Pitch  systems  

Voltage:   7.2–12V  

RPM/Volt  (Kv):   1200  

Resistance  (Ri):   .18  ohms  

Idle  Current  (Io):   .60A  

Page 36: AeroChopper(VTOL concept)

   

 36  

 

Continuous  Current:   10A  

Maximum  Burst  Current:   12A  (15  sec)  

Cells:   6–10  Ni-­‐MH/Ni-­‐Cd  or  2–3S  Li-­‐Po  

Speed  Control:   12–20A  Brushless  

Weight:   45  g  (1.6  oz)  

Overall  Diameter:   28mm  (1.10  in)  

Shaft  Diameter:   4mm  (.16  in)  hollow  

Overall  Length:   25mm  (1.00  in)  

 

Needed  to  Complete  

12–20A  brushless  ESC  

2–3S  Li-­‐Po  or  6–10  Ni-­‐Cd/Ni-­‐MH  

8x3.8–10x4.7  Slow  Flyer  Prop  

Variable  Pitch  Prop  option  

 

   

Page 37: AeroChopper(VTOL concept)

   

 37  

 

ELECTRONIC SPEED CONTROLLER

ESC  Eletronic  Speed  Control  Detrum  30-­‐40a  2-­‐6s  LIXX  /  5-­‐18s  NC  -­‐  0km  

Model:  E  

Figure  18  

 

• Model:  ESC-­‐40A    

• Size(mm):  50  X  25  X  13    

• Weight:  36g    

• Current:40A    

• NiCd/NiMh]  /servos:  6/5  8/5  10/4  12/3    

• [Li-­‐xx]/servos:  2/5  3/4  

   

Page 38: AeroChopper(VTOL concept)

   

 38  

 

BATTERY

Esky  EK1-­‐0186  20C  11.1v  1800mah  Li-­‐Polymer  battery  

Figure  19  

Product Description

Table  7  

Item  NO.   EK1-­‐0186  

Size   100*34*25mm  

Weight(g)   47.0ï؟½ï 5.0½؟  

(single  electric  core)  

discharge  magnification   20C  

compages  form   connection  in  series  

charging  port   XH2.5-­‐4P  reversal    

(equilibrium  charge)  

Inner  resistance   20mï؟½ï؟½  max    

(single  electric  core)  

discharging  cut-­‐off  voltage   2.75V    

(single  electric  core)  

charging  cut-­‐off  voltage   4.20ï؟½ï 0.05½؟ V    

(single  electric  core)  

long-­‐time  load  voltage     3.6V~4.1V    

(single  electric  core)  

 

Page 39: AeroChopper(VTOL concept)

   

 39  

 

Radio

JR  Propo  DSX7  7-­‐Channel  2.4GHz  Computer  Radio  Control  System  (DSMJ),  Package  includes  

Transmitter  2.4GHz  DSMJ,  RD731  7Ch  2.4G  DSMJ  Receiver  w/EA131  Remote  Receiver,  ES539  

Standard  Servo  x3,  TX  8N  1500mah  Ni-­‐MH  battery,  Switch  and  220V  charger.  English  manual  

included.  |  Mode  1,  Mode  2  inter-­‐changeable.  

 Figure  20  

 

Product  Code  :  [DSX7  2.4G  DSMJ  w/ES539  [DSX7JES539]]

Quality  product  from  JR  Propo.  

JR  Propo  -­‐  2.4GHz  Spread  Spectrum  Technology  (DSMJ)  

JR  Propo  DSX7  2.4GHz  Computer  Radio  Control  System  (DSMJ)  is  suitable  for  Beginner  to  

Intermediate  flyers  and  also  the  only  model  for  even  the  advanced.  It  is  reliable  and  stable  with  

2.4GHz  with  built-­‐in  system,  promising  an  exciting  flight  in  the  comfort  of  all  flyers.  

It  comes  with  Transmitter  2.4GHz,  RD731  2.4GHz  DSMJ  7  Channel  Receiver  w/EA131  remote  

receiver,  3pcs  x  ES539  standard  servos  for  electric  model  or  glow  model  use.  

The  system  comes  with  Mode  1  which  can  be  changed  to  Mode  2  by  editing  system  software  

with  stick  spring.  

The  Flight  Mode  is  at  the  right  hand  side.  

Page 40: AeroChopper(VTOL concept)

   

 40  

 

 

Content

JR  Propo  DSX7  Transmitter  2.4GHz  DSMJ    

RD731  7Ch  2.4GHz  DSMJ  Receiver  w/EA131  Remote  Receiver  

JR04884  2.4GHz  Remote  wire  extension  (150mm/6")    

JR  ES539  Standard  Analog  Servo  x  3pcs  (Servo  Horns  &  mounting  accessories  included)  

TX  8N  1500mah  Ni-­‐MH  battery    

NEC-­‐322  220V  Tx  &  Rx  charger  

Bind  Plug  Set    

Switch  

2mm  Allen  Wrench  

English  manual  included  |  Mode  1  or  Mode  2  inter-­‐changeable.  

 

Spec

-­‐Method:  DSMJ  /  Computer  Mixing  

-­‐Number  of  Channels:  7ch  

-­‐Transmitter  Weight:  640g  (excluding  battery)  

-­‐Battery  fit:  8N1500  

-­‐For  Helicopters  or  Airplane  

 

Features

Band:  2.4  GHz    

Servos:  ES539  X  3    

Receiver:  RD731  (DSMJ)  

Transmitter  (Tx)  Battery  Type:  1500mah  Ni-­‐MH    

AC:  220V    

20-­‐model  memory    

Airplane  and  Heli  software    

Switch  assignment    

P-­‐mixes    

Page 41: AeroChopper(VTOL concept)

   

 41  

 

3-­‐axis  dual  rate  and  expo    

3-­‐position  flap  (Airplane)    

5-­‐point  throttle  &  pitch  curve  (Heli)    

3  flight  modes  plus  hold  (Heli)    

Gyro  programming  (Heli)    

CCPM  swash  mixing  90/120/180  degree  (CCPM:  Cyclic  Collective  Pitch  Mixing  System)    

English  manual  

 

ES539 Standard Analog Servo Specification

Torque:  4.8kg.cm  (66.67oz.in)  

Speed:  0.23S/60°  

Size:  32.5  x  19  x  38.5mm  (1.28x0.75x1.52in)  

Weight:  38g  (1.34oz)  

Page 42: AeroChopper(VTOL concept)

   

 42  

 

Airfoil Selection5 Airfoil  used  –  NACA  2414  

As  this  airfoil  seems  to  be  the  most  suited  for  this  application  according  to  the  study  shown  

below  

Comparing  the  airfoils;    NACA  2412,  NACA2414,  NACA  2414  

Naca-­‐2412  

Thickness:   12.0%     Max  CL  angle:     15.0    

Camber:   2.0%   Max  L/D:     50.702    

Trailing  edge  

angle:  14.5o   Max  L/D  angle:  

 5.5  

 

Lower  flatness:   45.2%   Max  L/D  CL:     0.927    

Leading  edge  

radius:  1.7%   Stall  angle:  

 7.0  

 

Max  CL:   1.204   Zero-­‐lift  angle:     -­‐2.0    

                                                                                                                         

5. 5  http://www.worldofkrauss.com/foils  

Figure  21  

Page 43: AeroChopper(VTOL concept)

   

 43  

 

 

Figure  22  

NACA  2414  

 

Figure  23  

Thickness:   14.0%    

Camber:   2.0%  

Trailing  edge  

angle:  17.8o  

Lower  flatness:   50.5%  

Leading  edge  

radius:  3.0%  

 

 

 

Max  CL:   1.245  

Max  CL  angle:   10.5  

Max  L/D:   41.542  

Max  L/D  angle:  6.0  

Max  L/D  CL:   0.943  

Stall  angle:   10.5  

Zero-­‐lift  angle:   -­‐2.0  

 

 

 

 

         

Page 44: AeroChopper(VTOL concept)

   

 44  

 

 

         

           

           

           

 

 

 

NACA  2415  

 

 Figure  25  

 

 

 

 

Thickness:   15.0%    

Camber:   2.0%  

Trailing  edge  angle:   19.1o  

Lower  flatness:   43.6%  

Leading  edge  radius:  3.3%  

Max  CL:   1.281  

Max  CL  angle:   11.5  

Max  L/D:   40.672  

Max  L/D  angle:  6.5  

Max  L/D  CL:   0.991  

Stall  angle:   11.5  

Zero-­‐lift  angle:   -­‐2.0  

Page 45: AeroChopper(VTOL concept)

   

 45  

 

 

Figure  26  

 

 

From  the  above  figures  NACA  2414  is  the  most  suitable.  

NACA  2414  is  selected  since  it  has  good  enough  thickness  to  accommodate  1  cm  rod  for  the  

engine  tilting  mechanism.  

   

Page 46: AeroChopper(VTOL concept)

   

 46  

 

Ribs  shapes  generated  with  the  help  of  the  software  "profili"  

 

Figure  27  

Page 47: AeroChopper(VTOL concept)

   

 47  

 

AIRCRAFT DESIGN The  2-­‐D  drawing  that  guided  through  the  dimensions  and  construction  process  showing  the  3-­‐

isometric  views  of  the  aircraft.  

 

Top view

 

Figure  28  

 

Page 48: AeroChopper(VTOL concept)

   

 48  

 

Side view

 

Figure  29  

 

 

Front view

 

Figure  30  

Page 49: AeroChopper(VTOL concept)

   

 49  

 

Structure designing :(PROFILI) Wing  structure  with  ribs  placements  designed  with  the  help  of  Profilli  

Figure  31  

 

 

Page 50: AeroChopper(VTOL concept)

   

 50  

 

Figure  32  

 

 

Figure  33  

 

 

Page 51: AeroChopper(VTOL concept)

   

 51  

 

Rib structure Design on AutoCAD

 

Wing with ribs placement

 

 

 

Page 52: AeroChopper(VTOL concept)

   

 52  

 

Fuselage ribs and wing ribs placement

 

 

 

Spars supporting the ribs

 

Total structure of the wing

Fuselage  ribs  for  support  of  the  structure

 

Page 53: AeroChopper(VTOL concept)

   

 53  

 

 

Page 54: AeroChopper(VTOL concept)

   

 54  

 

3D Drawing Side view

 

Figure  34  

 

Bottom view

 

Figure  35  

 

Page 55: AeroChopper(VTOL concept)

   

 55  

 

Top view

 

Figure  36  

 

Page 56: AeroChopper(VTOL concept)

   

 56  

 

Circuits

Tilt  rotor  circuit  

Figure  37                                                                                                                                                                                                                                                                Figure  38  

 

Tilt  rotor  mechanism  

Figure  39                                                                                                                                                                                                              Figure  40  

 

 

 

Page 57: AeroChopper(VTOL concept)

   

 57  

 

Servo  circuit  

 

Figure  41  

 

Page 58: AeroChopper(VTOL concept)

   

 58  

 

CONSTRUCTION (ASSEMBLY)

 

Figure  42  

The  Design(plan)  gave  us  a  green  signal  to  finally  start  with  the  construction  of  the  aircraft.  The  

component  parts  that  were  needed  to  form  an  assembled  aircraft  were  each  traced  and  draw  

on  the  balsa  wood  with  the  respective  dimensions  using  the  carbon  paper.  These  designs  of  the  

parts  were  traced  with  the  help  of  a  transparent  paper.  

 

Page 59: AeroChopper(VTOL concept)

   

 59  

 

 

Figure  43  

 

And  then  all  the  shapes  were  cut  with  the  help  of  a  normal  metal  cutter,  and  then  placed  

separately.  

 

Figure  44  

 

Page 60: AeroChopper(VTOL concept)

   

 60  

 

Starting  with  the  wing,  which  had  the  following  units:  

• 8  airfoil  shaped  ribs  each  wing.  

• 3  spars  

• Tilt  rotor  holder  ribs  

                                                                       Figure  45                                                                                                                                                                                                    Figure  46  

 

 

Figure  47  

 

 

 

Page 61: AeroChopper(VTOL concept)

   

 61  

 

 

Holes    made  with  the  help  of  a  small  drilling  machine  done  by  a  professional.  Holes  made  for  the  

space  provision  of  the  spars  going  through  the  airfoil  parts.  

 

 

Figure  48  

Wing  placed  according  to  the  design  with  the  spars  going  through  them  making  the  entire  inner  

structure  of  the  wing.  

Page 62: AeroChopper(VTOL concept)

   

 62  

 

Fuselage  

 

Figure  49  

The  Fuselage  ribs  cut  accordingly  and  shaped  as  per  the  design.  

Figure  50  

                                                                     Figure  51                                                                                                                                                                                                          Figure  52  

 

Page 63: AeroChopper(VTOL concept)

   

 63  

 

 

 

Figure  53  

Spaces  at  the  sides  of  the  fuselage  ribs  provided  for  placement  of  the  support  balsa  sticks  

making  the  fuselage  structure  rigid.    

 

 

Figure  54  

The  fuselage  ribs  placed  accordingly  at  correct  distances  as  per  the  design.  

Long  balsa  sticks  glued  to  the  spaces  provided  at  the  sides  of  the  fuselage  ribs.  

Page 64: AeroChopper(VTOL concept)

   

 64  

 

 

Figure  55  

 

Figure  56  

The  center  part  of  the  wing  where  it  is  placed  on  top  of  the  fuselage  structure,  is  constructed  

accordingly  for  the  holding  of  the  tilt  rotor  mechanism  parts.  

Page 65: AeroChopper(VTOL concept)

   

 65  

 

 

Figure  57  

Ply  wood  used  for  the  support  of  the  wing  structure  against  the  fuselage  to  give  the  area  a  

better  rigidness  and  support,  and  a  free  movement  in  direction  for  the  wing.  

 

Figure  58  

Landing  gear  support  is  constructed  at  the  lower  part  of  the  fuselage  on  the  either  sides,  so  as  to  

give  the  landing  gear  a  space  away  from  the  main  fuselage  structure.  

Page 66: AeroChopper(VTOL concept)

   

 66  

 

Engine Mount

 

Figure  59  

The  engines  placed  on  the  either  sides  of  the  wing  must  be  supported  very  strong  as  high  stress  

is  faced  in  this  area  due  to  maximum  throttle  of  the  motor.  

This  area  is  mounted  with  balsa  and  ply  wood  together  giving  it  a  very  good  hold  preventing  

from  breaking  due  to  stress.  

 

Figure  60  

 

Page 67: AeroChopper(VTOL concept)

   

 67  

 

Tail wing

 

Figure  61  

The  tail-­‐wing  includes  the  horizontal  stabilizer  ,  the  rudder  and  the  tail  motor  mount.  

 

 

Figure  62  

Parts  of  the  tail  wing  placed  and  fixed  accordingly  forming  the  internal  structure  of  the  

horizontal  stabilizer  and  the  rudder.  

Page 68: AeroChopper(VTOL concept)

   

 68  

 

 

Figure  63  

The  total  internal  structure  is  constructed.  

Figure  64  

                                                                                                                                                                                                                                                         Figure  65  

 

Page 69: AeroChopper(VTOL concept)

   

 69  

 

Tilt-Rotor mechanism structure

 

The  tilt  rotor  section,  constructed  accordingly  with  the  provision  of  the  spar  going  through  the  

whole  wing  and  the  strong  support  for  the  tilt  rotor  mechanism  structures.  

                                         Figure  66                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Figure  67  

 

                                                     Figure  68                                                                                                                                                                                                                                      Figure  69  

 

   

Page 70: AeroChopper(VTOL concept)

   

 70  

 

 

Figure  70  

Wing  at  the  tilt  position  for  the  hovering  part  of  flight  

 

 

Electricals  and  servos  fixed  at  the  appropriate  locations  

 

Figure  71                                                                                                                                                                                                                                                                                        Figure  72  

   

Page 71: AeroChopper(VTOL concept)

   

 71  

 

Tail-­‐motor  fixed  with  the  mount  supporting  it  and  giving  the  propeller  blades  a  clearance  

distance  from  the  tail  wing.  

                                                                                                                 Figure  73  

 

                                                                                               Figure  74                                                                                                                                                                                                        Figure  75  

 

Landing  gear  attached,  one  on  either  sides  and  one  at  the  tail-­‐part  of  the  fuselage  

                                                                                                                                                                                                             Figure  76  

 

Page 72: AeroChopper(VTOL concept)

   

 72  

 

 

Battery  holder  is  made  by  creating  a  space  exactly  measured  for  the  battery  to  fit  it.  

 

Figure  77  

Motors  fixed  to  the  mounts  on  the  either  side  of  the  wings.  

             Figure  78  

 

 

Page 73: AeroChopper(VTOL concept)

   

 73  

 

 

Tilt-­‐Rotor  Aircraft  sheeting,  shaped  and  painted.  

 

Figure  79  

Aero-­‐chopper  presented  with  the  Tilt-­‐rotor  function.  

 

 

Figure  80  

 

Page 74: AeroChopper(VTOL concept)

   

 74  

 

GRAPHS6 The  graphs  that  we  are  going  to  use  are  the  following  

The  aerodynamic  form  factor  graph

                                                                                                                                           Figure  81  

                                                                                                                         

6. 6  Fundamentals  of  Flight  by  Richard  S  Shovel    

Page 75: AeroChopper(VTOL concept)

   

 75  

 

 

Figure  82  

 

 

 

Figure  837  

 

                                                                                                                         

   

Page 76: AeroChopper(VTOL concept)

   

 76  

 

 

Figure  84  

 

Figure  85

 

Page 77: AeroChopper(VTOL concept)

   

 77  

 

Table  8  

 

 

Page 78: AeroChopper(VTOL concept)

   

 78  

 

Area Calculation CALCULATIONS:

Wing

 

 

Drawing  1  

 

Drawing  2  

Rectangle  

Area    =    l  x  b  

                   =    35  x  18    =    648cm2  

RIGHT  +  LEFT      =    648  +  648    =    1296cm2  

 

Page 79: AeroChopper(VTOL concept)

   

 79  

 

 

Drawing  3  

Rectangle  

Area    =    l  x  b  

                   =    13.5  x  9.1    =    122.85cm2    

 

Total  wing  area(TOP)      =    Left  section  +  Right  section  +  Center  section    

                                                                           =    648    +    648    +    122.85  

                                                                           =    1418.85cm2  

Total  wing  area(BOTTOM)  =        Total  wing  area(TOP)  

 

Total  Wing  Area(TOP  and  BOTTOM)    =    TOP    +    BOTTOM  

                                                                                                                         =    1418.85cm2      +      1418.85cm2  

                                                                                                                         =    2837.7cm2  

Airfoil shaped side section of wing

With  the  help  of  AutoCAD  the  exact  area  of  the  side  section  of  the  wing  could  be  taken  by  

calculating  the  area  of  the  airfoil.  

Page 80: AeroChopper(VTOL concept)

   

 80  

 

 Drawing  5    

Area        =            4.1455inch2      =      26.745cm2  

2  sides      =      26.745cm2    x  2    =    53.49cm2  

Area  of  the  sides  view  of  the  wing    =    53.49cm2  

 

Total  surface  Area  of  the  Wing      =    Side-­‐view  Area    +    Top  &  Bottom  view  Area  

                                                                                                     =      53.49cm2      +      2837.7cm2  

                                                                                                     =    2891.19cm2  

 

Total  Surface  Area  of  the  Wing(MAIN)    =    2891.19cm2  

 

Drawing  4  

Page 81: AeroChopper(VTOL concept)

   

 81  

 

Horizontal Stabilizer

 

Drawing  6  

Rectangle  

Area        =    l  x  b    =  7.5    x    12.2    =    91.5cm2  

Triangle  

Area      =    1/2  b  h    =    1/2    x  4.5  x  12.2    =    27.45cm2  

Total    =    Rectangle  +  Triangle    =    27.45  +  91.5    =    118.95cm2  

2  sides    =    118.95    +    118.95      =    237.9cm2  

 

Page 82: AeroChopper(VTOL concept)

   

 82  

 

Vertical Stabilizer

 

Drawing  7  

Rectangle  

Area    =    l  x  b      =  52  x  10  =  520cm2  

 

Top  and  bottom  =    520    x    2  =  1040cm2  

Total  Area      =    1040cm2  

 

Engine Mount

 

Drawing  8  

l        =    11.7cm  

Page 83: AeroChopper(VTOL concept)

   

 83  

 

w    =    5.1cm  

h    =    5.1cm  

Area  of  cuboid    =    2  (  lw  +  wh  +  hl  )  

                                                 =    2  (  11.7x5.1    +    5.1x5.1    +    5.1x11.6    )  

                                                 =    2  (145.35)  =  290.7cm2  

Total  Area  of  Engine  Mount(2  sides)    =    290.7cm2    x    2    =    581.14cm2  

Engine Mount(TAIL)

Drawing  9  

 

l      =    11.5cm    ,    w    =    3.8cm    ,      h    =    2cm  

Area  of  cuboid    =    2  (  lw  +  wh  +  hl  )  

                                                   =    2    (  11.5x3.8    +    3.8x2    +    11.5x2  )  

                                                   =    2(  74.3  )  =    148.6cm2  

Total  Area  of  Engine  Mount(TAIL)    148.6cm2  

 

Page 84: AeroChopper(VTOL concept)

   

 84  

 

Fins

 

Drawing  10  

Triangle  

Area      =    1/2  b  h    =  1/2  x  4.9  x  6.8    =    1/2  x  33.32      =    16.66cm2  

Rectangle(R1)  

Area      =    l  x  b    =  6.8    x    5      =  34cm2  

Rectangle(R2)  

Area        =    l    x  b  =  9.9    x    2    =19.8cm2  

Total  Area(one  side-­‐one  fin)=Triangle  +  R1  +  R2  =  16.66  +  34  +  19.8  =  70.46cm2  

   2  Sides      =    70.46    x    2    =    140.92cm2  ;    2  Fins    =    140.92    x    2    =    281.84cm2  

Total  Area  of  the  fins      =    281.84cm2  

Page 85: AeroChopper(VTOL concept)

   

 85  

 

Landing Gear Hold

 

Drawing  11  

Airfoil  area    -­‐    2.7910cm2    =  Side  surface  

53.49      -­‐    2.7910      =    50.699  

Area      =    50.699cm2  

 

Forward section

 

Drawing  12  

Area      =    l  x  b    =  7.5    x    2    =    15cm2  

 

Page 86: AeroChopper(VTOL concept)

   

 86  

 

Top and Bottom surface

 

Drawing  13  

Area      =    l    x    b    =    7.5    x  16  =  120cm2  

 

Top  and  bottom  =  120  x  2    =  240cm2  

 

Total  Landing  gear  hold  Area    =    Side    +    Forward    +  Top  and  Bottom  

                                                                                               =    50.699    +    240    +15  

                                                                                               =    305.699cm2  

 

Page 87: AeroChopper(VTOL concept)

   

 87  

 

Area of Fuselage

 

 

Drawing  14  

Area  of  the  fuselage  side  section  

                                               =        Area  A    +  Area  B  +Area  C  +  Area  D  +  Area  E  +  Area  F  

Area  A  

(Trapezium)  

 

Drawing  15  

Area  of  Trapezium      =      (a  +  b)/2    x  h  

                                                                 =    (5  +  6.3)/2      x    2.9      =      16.385cm2  

   

Page 88: AeroChopper(VTOL concept)

   

 88  

 

Area  B  

 

Drawing  16  

Area  of  Trapezium      =      (a  +  b)/2    x  h  

                                                       =      (6.3    +    8.5)/2    x    4  =  29.6cm2  

Area  C  

 

Drawing  17  

Rectangle  

Area  =    l  x  b    =    56.95cm2  

Triangle  

Area      =    1/2  x  b  x  h  =  1/2    x    4.6    x  6.7      =    15.41cm2  

Total  Area    =    56.95    +  15.41    =    72.36cm2  

Page 89: AeroChopper(VTOL concept)

   

 89  

 

D  

 

Drawing  19  

Can  be  assumed  as:  

Area      =    l    x    b    =    13.4    x    16.5    =    

221.1cm2  

E  

 

Drawing  20  

 

Drawing  18  

Page 90: AeroChopper(VTOL concept)

   

 90  

 

Rectangle  

Area      =    l    x    b  =  7.8    x    23.2    =    180.96cm2  

Triangle  

Area      =    1/2    x    b    x    h    =    1/2    x    5.9    x  23.2    =    249.4cm2  

F  

 

Drawing  21  

Area    =    1/2    x    b  x  h    =    1/2  x    7.8  x    24.3  =    94.77cm2  

 

Total  Area  of  Fuselage  Side  section    =  A  +  B  +  C  +  D  +  E  +  F  

                   =    16.385  29.6  +  72.36  +  221.1  +  249.4  +  94.77    =    683.615cm2  

Both  sides      =    683.615    +    683.615  

                                     =    1,367.23cm2  

Page 91: AeroChopper(VTOL concept)

   

 91  

 

Fuselage(TOP AND BOTTOM)

 

Drawing  22  

   

Page 92: AeroChopper(VTOL concept)

   

 92  

 

A'  

 

Drawing  23  

Area  of  trapezium  

                                 =    (  a  +  b  )/2    x    h    =    (  6.2  +  12.1  )/2    x    6  

                                 =    225.06cm2  

B'  

 

Drawing  24  

Area  of  Trapezium  

                                   =    (  a  +  b  )/2    x    h    =    (  12.1    +    13  )  /  2      x  7.6  

                                   =    95.38cm2  

Page 93: AeroChopper(VTOL concept)

   

 93  

 

C'  

 

Drawing  25  

Area      =    l    x    b    =    13    x  10  

                   =      130cm2  

 

D'  

 

Drawing  26  

Area    =    l    x  b      =    8.2    x    5.5        =    45.1cm2  

   

Page 94: AeroChopper(VTOL concept)

   

 94  

 

E'  

 

Drawing  27  

Area    =      l    x    b    =    13    x  29.4      =    382.2cm2  

F'  

 

Drawing  28  

Area    =      1/2    x  b  x  h  

                   =    1/2    x    13    x    24    =    156cm2  

   

Page 95: AeroChopper(VTOL concept)

   

 95  

 

Total Area of Fuselage(TOP)

Area  A'  +  B'  +  C'  +  D'  +  E'  +    F'    =    Total  Area  

225.06  95.38  +  130  +  45.1  +  382.2  +  156    =    1,033.74cm2  

 

TOP  and  BOTTOM    =    1033.74    x    2      2067.48cm2  

 

Front  surface  

 

Drawing  29  

Area    =      l    x    b      =  6.2    x    5    =    31cm2  

 

Total  Area  of  Fuselage  

SIDES      +      TOP/BOTTOM    +      FRONT  

                                                 =    1367.23    +    2067.48  

                                                 =    3465.71cm2  

Total  Area  of  Fuselage                                                      =          3465.71cm2  

Total  Area  of  Wing                                                                    =          2891.19cm2  

Total  Area  of  Tailing                                                        =        1040cm2  

Total  Area  of  Horizontal  Stabilizer                    =          237.9cm2  

Page 96: AeroChopper(VTOL concept)

   

 96  

 

Total  Area  of  Fins                                                                        =        281.84cm2  

Total  Area  of  Engine  Mounts(MAIN)                =        581.14cm2  

Total  Area  of  Engine  mount(TAIL)                        =      148.6cm2  

Total  Area  of  Landing  Gear  Hold                            =        305.699cm2  

 

TOTAL SURFACE AREA OF THE AIRCRAFT =

Fuselage  +  Wing  +  Tailing  +  Horizontal  Stabilizer  +  Fins  +  Engine  Mounts(MAIN)  +  Engine  

mount(TAIL)  +  Landing  Gear  Hold  

=  3465.71cm2  +  2891.19cm2  +  1040cm2  +  237.9cm2  +  281.84cm2  +  581.14cm2  +  148.6cm2  +  

305.699cm2  

 

Total  Surface  Area  of  the  Aircraft    =    8952.079cm2  

Page 97: AeroChopper(VTOL concept)

   

 97  

 

PERFORMANCE ANALYSIS LIFT

Airfoil  used  is  NACA  2414  

The  software  profili  gives  us  the  following  values;  

 

CLmax            =        1.379  at  15o  AOA  

CL                      =        0.752  at  4o  AOA  

During cruise

Considering  the  angle  of  attack  of  wing,  during  cruising  will  be  40.  

We  know  that  L  =  W  during  cruise.  

L  =    2    KG    

L  =        20  N  

Ρ(density)  at  sea  level            =              1.225  kg/  m3  

S(wing  area)                                          =        0.05898m2  

L  =  1/2  P  CL  V2  S                                                                                                                                                                                                                                                                              Eq  (1)  

V2    =    2L  /  ρ  CL  S    =    2  *  20  /  1.225  *  0.752  *  0.05898  

V2    =      737.2  

 V    =          27.15m/s  

Page 98: AeroChopper(VTOL concept)

   

 98  

 

 

 

During Landing

The  Cl  is  at  max      =      1.379  

V2      =    2L  /  ρ  CL  S    =      2  *  20  /  1.225  *  1.379  *  0.0589  

V2      =    409.50  

V        =              20.2  m/s  

 

 

Page 99: AeroChopper(VTOL concept)

   

 99  

 

Vstall  is  the  lowest  speed  at  which  steady  controllable  flight  can  be  maintained  any  further  

increase  in  AOA  will  cause  flow  separation  on  the  wing  upper  surface,  a  drop  in  lift,  a  large  

increase  in  drag.  In  a  well-­‐designed  airplane,  a  strong  pitch-­‐down  moment  is  experienced.  

Vstall    =    Vat  landing  

Vstall      =    20.2  m/s  

 

LIFT  during  landing  

L  =  1/2  P  CL  V2  S                                                                                                                                                                                        Eq  (1)  

     =      1/2  *1.225*  1.379*20.22  *  0.05898  

L    =        20.2    N  

 

 

During  take  off  

Velocity  at  take-­‐off  is  20%  greater  than  Vstall.  

VTO        =      20.2  +  20.2  x  0.20  

                   =                24.24  m/s  

Page 100: AeroChopper(VTOL concept)

   

 100  

 

OR  

 

Around  70%  of  CLMAX  

                           i.e.  0.70x1.379    =    0.966  

                           VTO2      =    2L  /  ρ  CL  S    =      2  *  20  /  1.225  *  0.966  *  0.05898  

i.e.        At  60  AOA                                        VTO          =            23.9    m/s  

 

LIFT during Take-off

LTO  =    1/2  P  CL  V2  S                                                                                                  Eq  (1)                      [since  CL  =  0.966  

             =          1/2  *1.225*  0.966*20.22  *  0.05898                                                                  and  VTO      =    21.8]  

LTO  =              14.43N  

 

 

DRAG

The  total  Drag  of  the  Aircraft  is  calculated  by  summing  the  parasite  and  induced  drag  together.  

Page 101: AeroChopper(VTOL concept)

   

 101  

 

                                                                                 CD  =  CDP  +    CDi  

                                                                                 D  =  CDqS  

Drag  is  calculated  for  three  phase  of  flight  i.e.  Take  off,  Cruise  and  landing.  

 

At Take Off

CDptotal    is  calculated  by  computing  CDp  for  wing,  fuselage  ,  horizontal  and  vertical  stabilizer  

separately.  

CDp  of  wing  

∑  𝐾𝐶fswet  /  Sref                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Eq  (4)  

Sref            =      0.028912m3  

Swet          =          0.05898  m3  

Cr            =                  0.18  m  

CT          =                    0.18  m  

σ      =      CT    /    Cr    =    1  

L    =    MAC                                                                                                                                                                                                              Eq  (5)  

         =      2/3  x    Cr    (1  +  σ    -­‐    σ/(1  +  σ)  )  

         =        2/3  *  0.18  (  1  +  1  -­‐    1/(1  +  1))    =      2/3  *0.18(2  -­‐  1/2)  

         =        0.18                                                                          

L      =      0.18        

Page 102: AeroChopper(VTOL concept)

   

 102  

 

               

V      =        1.4607 * 10-5          

RN      =      V0    x  L/v                                                                                                                                                                                          Eq  (6)  

                 =    24.24    *    0.18  /    1.4607  *  10-­‐5  

RN        =    298,706.0998  

 

                           Since  RN  >  200,000  

The  flow  is  turbulent  

Cf  for  turbulent  

Cf        =        0.455  /  [(log10RN)2.58      =              0.455  /  [log10298,706.0998)  2.58  

                                                                                                           =              5.6  x  10-­‐3                                                                                                              Eq  (7)  

Page 103: AeroChopper(VTOL concept)

   

 103  

 

 

 

From  fig  9c.1  we  get  K  =  1.265  

Hence        CDp    =      ∑  𝐾𝐶fswet  /  Sref                                                                                                                                              Eq  (4)  

                                       =            1.265  x        5.6  x  10-­‐3    x  0.05898  /  0.028912  

CDpwing      =              0.01443  

Page 104: AeroChopper(VTOL concept)

   

 104  

 

 

 

CDp  of  fuselage  

Fuselage  Area  =        0.3465  m2  

Fuselage  length      =    1.016    m  

                   RN  =  (  Vo  *  L)/v                                                                                                                                                                          Eq  (6)  

                               =    (24.24  *  1.016)/  1.4607  x  10-­‐5    =    1,686,029.986  

 

RN    =    1,686,029.986    >  200,000  hence  the  flow  is  turbulent  

Cf        =        0.455  /  [(log10RN)2.58                                                                                                                                                    Eq  (7)  

Cf          =  4.062    x    10-­‐3  

 CDpfuselage        =    ∑  𝐾𝐶fswet  /  Sref  

K  from  fig  9c.2  

K    =    1.16  

Page 105: AeroChopper(VTOL concept)

   

 105  

 

CDpfuselage        =      9.599    x  10-­‐3  

                                     =      0.00959  

 

 

 

CDp  of  Horizontal  Stabilizer    

H.S  of  Area    =          0.02379m2  

Page 106: AeroChopper(VTOL concept)

   

 106  

 

Cr          =      0.12  m  

Ct          =        0.075  m  

σ      =      CT    /    Cr    =      0.625  

t/c  =                            =          

Swet      =    0.0485  

Sref          =    0.02379  

L      =    MAC  

           =    2/3  x    Cr    (1  +  σ    -­‐    σ/(1  +  σ)  )  

           =    2/3    x  0.12  (  1  +  0.625    -­‐    0.625/(1+0.625)  )    =    2/3  x  0.12  (  1.625  -­‐  0.3846)    

L      =            0.0992  

RN    =      V0  x  L  /  v  

             =        24.24  x  0.0992  /  1.4607  x  10-­‐5    =      

as                                    164,620.25              >    200,000  

Hence  flow  is  laminar  

Cf        =      1.328  /  √RN                                                                                                                                                                                Eq  (7)  

               =      3.27  x  10-­‐3  

K  from  fig  9c.1  

K    =    1.155  

 

CDp      =    ∑  𝐾𝐶fswet  /  Sref  

                 =    1.155  x  3.27  x  10-­‐3  x  0.0485/0.02379  

Page 107: AeroChopper(VTOL concept)

   

 107  

 

CDp  H.S      =    0.00767  

 

Page 108: AeroChopper(VTOL concept)

   

 108  

 

CDp  of  Vertical  Stabilizer  

Area  of  Vertical  Stabilizer    =        0.01040  

Cr          =              0.1      m  

Ct          =                0.1    m  

σ      =      CT    /    Cr    =        1  m  

Swet      =    0.021216  

Sref          =    0.0104  

t/c  =                                =        

L      =    MAC  

         =      2/3  x    Cr    (1  +  σ    -­‐    σ/(1  +  σ)  )  

         =      2/3    x    0.1  (1  +  1  -­‐    1/(1  +  1)    =    2/3    x  0.1  (2  -­‐  1/2)  

L        =        0.1      m  

RN    =      V0  x  L  /  v                                                                                                                                                                                          Eq  (6)  

               =      24.24x  0.1  /  1.460  x  10-­‐5  

               =                                      166,027.397    <  200,000    

Cf    for  Laminar  Boundary  layer  

Cf        =      1.328  /  √RN                                                                                                                                                                                Eq(8)  

               =        1.328    /    √166,027.397  

               =          3.25    x  10-­‐3  

K  from  fig  9c.1  

K          =      1.185  

Page 109: AeroChopper(VTOL concept)

   

 109  

 

CDp      =    ∑  𝐾𝐶fswet  /  Sref                                                                                                                                                                            Eq(4)  

                 =        1.185    x    3.25    x  10-­‐3    x    0.021216/0.0104  

CDp  V.S        =    7.85    x    10-­‐3  

Page 110: AeroChopper(VTOL concept)

   

 110  

 

 

Total  CDp  for  the  Aero-­‐chopper  during  Take-­‐Off  

Page 111: AeroChopper(VTOL concept)

   

 111  

 

CDptotal          =    CDpwing    +    CDpfuse      +    CDp  H.S        +      CDp  V.S  

                               =        0.01443      +      0.0095      +      0.00767      +      0.00785  

CDptotal              =                0.03945  

 

 

Induced  Drag  CDi  

CDi    =    CL2/πARe  

AR  =    b2  /  s    =        0.862  m  /  0.028912  m2  

                                     =          2.5581  

Cl  at  Take-­‐Off    =    0.966  

(constant)  U    =    0.99  

 (constant)  S    =    0.975  

K      =    0.38  x  CDptotal    =    0.38    x    0.03945    =  0.014991  

e        =      1  /  (πARK)      +        1  /  u  +  s  

           =      1  /    (π  x  2.558  x  0.01499  )      +      1/(0.99    +    0.975)  

Page 112: AeroChopper(VTOL concept)

   

 112  

 

e          =    8.8135  

CDi    =      (0.966)2    /    (π    x    2.55  x    0.933)  

                   =    0.124  

 

The  total  efficient  of  drag  is  

CDptotal    =    CDp    +    CDi  

                           =        0.03945      +          0.124  

CDptotal    =        0.1642  

 

Page 113: AeroChopper(VTOL concept)

   

 113  

 

 

 

Page 114: AeroChopper(VTOL concept)

   

 114  

 

 

DRAG  total  

D        =      CDPV2S  /  2  

             =        (0.1642  x  1.225    x  24.242  x  0.0589) / 2  

D          =          3.48N  

L/D  Ratio  during  Take-­‐off    =        14.43    /  3.48            N  

                                                                                   =      4.14  N  

Wing  loading    =    W  /  S    =      2  /    0.028912            =          69.17          kg/m2  

Thrust  to  Weight  ratio        =      T  /  W    =      4  /  2            =    2  

Page 115: AeroChopper(VTOL concept)

   

 115  

 

Page 116: AeroChopper(VTOL concept)

   

 116  

 

 

AIRCRAFT MANEUVERS

 

Turning  Performance  

V  =  27.1  m/s  

θ  =  60o  

g  =  10  m/s  2  

n  =  1/Cosθ  =  1/Cos60  =  2  

 

Level  Turn  

Radius  of  turn  (r)  

r  =  V2/g√n2  –  1)  =  27.12/10√(22  -­‐1)  =  27.12/10√3  =  42.4m  

Angular  Velocity  (ω)  

 ω=  g√n  2  –  1/v  =  10  *  √3/27.1  =  0.63  m/s  

 

 

Page 117: AeroChopper(VTOL concept)

   

 117  

 

Vertical  Turn  Pull  up  

Radius  of  turn  (r)  

r  =  r  2/g(n-­‐1)  =  27.1  2/10(2-­‐1)  =  73  m  

Angular  velocity  

ω=  g(n-­‐1)/v  =  10(2-­‐1)/27.1  =  0.36  m/s  

 

VERTICAL  TURN  PULL  DOWN  

Radius  of  turn  (r)  

r=  v  2/g(n+1)  =  27.12  /10(2+1)  =  24m  

Angular  velocity  

ω  =  g(n  +1)/v  =  10*  3/27.1  =  1.1  m/sθ  

 

Vertical  turn  

Radius  of  turn  r  

r  =  v2/gn  =  27.12/10*2  =  36  m  

Angular  velocity  (ω)  

ω=  gn/v  =  10  *  2/27.1  =  0.73  m/s    

Page 118: AeroChopper(VTOL concept)

   

 118  

 

HELICOPTER PERFORMANCE

Hover  

 

Figure  86  

Disc  Area      =      A  

           A      =    π    *    0.1552  

                       =      π    *    0.0240  

         A          =      0.075    m2  

 

Density  at  sea  level    ρ = 1.2550 kg/m3

Assuming  V∞      =      7  m/s  

 

Upstream  or  Downstream  Velocity      =    V∞  

Induced  Velocity      =    Vi  

∆P  =  1*  ρ  *  V∞*  V∞  /  2  

∆P    =      1x1.2250x7x7  /    2  

Page 119: AeroChopper(VTOL concept)

   

 119  

 

           =        60/2  

∆P        =          30  kg/m3  

Thrust  required  to  Hover  

∆P  =  Thrust  /  Area  

Thrust    =      ∆P * Area

                       =      30  x  0.075  

Thrust    =        2.25  kg/s  

 

Since  Aero-­‐chopper  has  two  motors  on  the  either  side  of  the  main  wing  the  total  thrust  is    2.25    

+    2.25    =    4.5kg/s  

Velocity  required  to  Hover  

Vi    =  √(T/2*ρ*A)  

Page 120: AeroChopper(VTOL concept)

   

 120  

 

= √(W  /  2  *  ρ                                                              where,  W(  Disc  Loading  )    =    T    /  A  

           =        √  30/  (2x1.225)                                                                                                                            =    4.5  /(  2  x  0.075  )  

                                                                                                                                                                                                         =      30kg/m3  

Vi        =            3.49  m/s  

 

 

Page 121: AeroChopper(VTOL concept)

   

 121  

 

Power  required  to  Hover  

Pi    =    T  *  Vi    

         =    2.25    x    3.49  

P      =          7.87kgm/s2  

 

The  total  power  required  by  both  the  motors  is  P  *  2    =          7.87    x    2  

                                                                                                                           Ptotal          =    15.74kgm/s2  

 

 

 

   

Page 122: AeroChopper(VTOL concept)

   

 122  

 

Vertical  Climb  

 

Figure  87  

Rate    of  climb    =    VC  

Assuming  the  VC    =    1m/s  

Vh2  =  (VC  +  Vi)  Vi

     (  3.49  )2        =      (1  +  0.5V)  x    0.5V  

         12.18                      =      0.5V      +      0.25V2                          

                   0.25V2        +    0.5V    -­‐    12.18    =    0  

V          =        6.05  m/s  

Vi            =      0.50  *V  

 Vi            =      0.5  x  6.05    =    3.025  

                   =      3.025    m/s  

Total  Velocity  for  Climbing      =    (    VC        +        Vi      )  

                                                                                         =    (  1    +    3.025  )  

Total  Velocity  for  Climbing      =        4.025m/s  

 

Page 123: AeroChopper(VTOL concept)

   

 123  

 

Thrust  required  for  vertical  climb  

T  =  2  ρA(VC  +  Vi)  Vi  

       =  2  x  1.2550  x  0.075  x  4.025  x    3.025  

T        =    2.29kg/s  

Total  thrust  required  is  T*2    =        4.58kgm/s2  

Power  required  for  Vertical  climb  

Pi        =  T(VC  +  Vi)  

Pi        =    2.29  (  4.025  )  

Pi =      9.21kgm/s2  

 

Total  power  required  is  

Pi        =  T(VC  +  Vi)

Pi        =    4.58  (  4.025  )  

Pi        =          18.43kgm/s2  

As  we  know  the  relationship  between  induced  velocity  in  hover  and  vertical  climb,  the  induced  

velocity  decreases  as  the  climbing  speed  and  similarly  induced  power  increases  with  the  

increase  in  climb  speed.  

 

 

 

 

Page 124: AeroChopper(VTOL concept)

   

 124  

 

Comparing  the  Hover  and  the  Vertical  Climb,  we  get.  

Vertical  Descend  

With  a  flow  pattern  as  in  fig        simple  momentum  theory  gives  a  reasonable  approximation:  thus  

with  VC  negative  and  Vi  positive  the  thrust  is  

T      =    -­‐2  ρA(VC  +  Vi)  Vi  

                                                                                     Assuming  the  Descend  rate  to  be  VC    =    -­‐1m/s  

T/  -­‐2  ρA    =    (VC  +  Vi)  Vi                                                      We  know,  thrust      =    4.5kg  

     4.5  /  -­‐2  x  1.255  x  2  x  0.075  =    (VC  +  Vi)  Vi  

                             -­‐11.9                                                      =  (-­‐1  +  Vi)  Vi  

                                                       -­‐11.9                              =    -­‐  Vi  +  Vi2  

Vi2    -­‐    Vi  -­‐      11.9                          =    0  

Vi        =          -­‐2.98    m/s  

And  hence  V∞    =    -­‐2  x  V1  

V∞    =          5.96m/s  

 

 

 

 

Page 125: AeroChopper(VTOL concept)

   

 125  

 

Maneuvers in Helicopter Mode8

Aero-­‐chopper    ,  has  4  basic  Maneuver's  or  has  to  be  controlled  on  all  the  3  axis  of  stability  and  

also  on  the  attitude  or  vertical  ascend;  

 

Figure  88  

• Increasing  and  Decreasing  altitude  

This  is  achieved  by  the  increasing  or  decreasing  the  throttle  and  thereby  changing  the  RPM  

and  thrust  produced  by  the  two  motors  which  are  placed  on  the  wing  tips.  For  Vertical  

takeoff  the  max  thrust  produced  by  both  the  engines  are  4  kg  i.e.          N  whose  vector  

component  are  Vertical.  

• For  controlling  the  pitch  i.e.  longitudinal  axis.  

Since  the  motors  are  placed  on  the  C.G.  line  when  both  the  motors  are  tilted  front  or  back  

this  aircraft  is  effected  on  its  pitch  axis  thereby  causing  the  aircraft  to  pitch  up  or  down.  

 

                                                                                                                         

7. 8  Basic  Helicopter  Aerodynamics  by  J.Seddon  

Page 126: AeroChopper(VTOL concept)

   

 126  

 

Figure  89  

Endurance calculation

For  instance  an  RC  LiPo  battery  that  is  rated  at  2000mAh  would  be  completely  discharged  in  one  

hour  with  a  2000  milliamp  load  placed  on  it.  

Since  the  motor      POWER10    has  been  chosen  it  requires  Electronic  speed  controller  at  

"40"amps  with  power  supply  from  a  battery  of  1800mAh  

         1800mAh/      4000    ma        x    60    =      2.7  mins  

                                                                         =    2.7    mins  

 When  the  motor  is  on  full  throttle  for    27  min  the  battery  will  drain.  But  this  calculation  is  not  

for  completely  draining  the  battery.  The  battery  actually  drains  out  after  1.5  times  the  

calculated  time.  This  margin  is  a  safety  margin  for  avoiding  the  aircraft  to  crash  because  of  loss  

of  power.  

So  the  actual  Endurance  for  hover  is  4.05  mins  

Now  for  normal  flight  the  endurance  is  

     1800mAh/    4000  ma        x    60  x  1.5  =      4.05        mins  

                                                                         =          4.05      mins  

       2.7mins  of  safe  flight  and  the  actual  endurance  for  normal  flying  is    4.05mins  

Page 127: AeroChopper(VTOL concept)

   

 127  

 

Range Calculation

Range  is  calculated  by  using  a  very  simple  calculation.  

Range  of  Aero-­‐chopper  when  it  is  in  helicopter  mode  

Range      =    Endurance      *    Cruise  velocity  

Range      =          243  sec      *      27.15      m/s  

                         =          6002.1  m  

 

Range  of  Aero-­‐chopper  when  it  is  in  aircraft  mode  

Range      =    Endurance    *    Cruise  velocity  

Range      =          342  sec      *            27.15        m/s  

                           =                8447.4    m  

 

Page 128: AeroChopper(VTOL concept)

   

 128  

 

CENTRE OF GRAVITY LONGITUDINAL  AXIS  -­‐  DATUM  point  is  the  Tip  of  the  nose  

Components   Weight  (gm)     Distance  (cm)   Moment  

(gm*cm)  

Right  ESC   60   34   2040  

Left  ESC   60   34   2040  

Wing  tilt  servo   64   28   2432  

Left  wing  aileron  servo   23   35   805  

Right  wing  aileron  servo   23   35   805  

Left  Tailing  aileron  servo   20   68   1360  

Right  Tailing  aileron  servo   20   68   1360  

Receiver      +      Electricals   60   27   1620  

Nose   31   7   217  

Vertical  Stabilizer   15   76   1140  

Rudder   15   78   1170  

Left  wing  aileron   10   45   450  

Right  wing  aileron   10   45   450  

Fuselage   342   45   15,390  

Wing   288   32   9,216  

Main  Landing  gear(Right)   30   25   750  

Main  Landing  gear(Left)   30   25   750  

Battery  pack   480   14   6,720  

Left  motor  with  mount   122  +  40   33   5,346  

Right  motor  with  mount   122  +  40   33   5,346  

Tail  motor  with  mount   50  +  40   100   9000  

 Monocot   5   0.1   0.5  

Total   2011     68,407.5  

Longitudinal  Axis  C.G  =  Total  Moments  /  Total  weight  

                                                                         =        68407.5  /  2011                  =    34cm  from  the  Datum  point  

Page 129: AeroChopper(VTOL concept)

   

 129  

 

LATERAL  AXIS  -­‐  DATUM  point  is  the  Tip  of  the  Right  Engine  

Components   Weight  (gm)     Distance  (cm)   Moment  

(gm*cm)  

Right  ESC   60   23   1380  

Left  ESC   60   51   3060  

Wing  tilt  servo   64   30   1920  

Left  wing  aileron  servo   23   55   1265  

Right  wing  aileron  servo   23   19.5   448.5  

Left  Tailing  aileron  servo   20   75   1500  

Right  Tailing  aileron  servo   20   68   1360  

Receiver      +      Electricals   60   34   2040  

Nose   31   29   899  

Vertical  Stabilizer   15   72   1080  

Rudder   15   74   1110  

Left  wing  aileron   10   62   620  

Right  wing  aileron   10   27   270  

Fuselage   342   37   12,654  

Wing   288   33.5   9,648  

Main  Landing  gear(Right)   30   20   600  

Main  Landing  gear(Left)   30   45   1350  

Battery  pack   480   28   13,440  

Left  motor  with  mount   122  +  40   57   9,234  

Right  motor  with  mount   122  +  40   12   1944  

Tail  motor  with  mount   50  +  40   89   8010  

 Monocot   5   0   0  

Total   2011     73,832.5  

Lateral  Axis  C.G  =  Total  Moments  /  Total  weight  

                                                                         =    73832.5  /  2011                      =      36.7cm  from  the  Datum  point  

 

Page 130: AeroChopper(VTOL concept)

   

 130  

 

DIRECTIONAL  AXIS  -­‐  DATUM  point  is  the  mid-­‐point    of  the  Landing  Gears  separation  

Components   Weight  (gm)     Distance  (cm)   Moment  

(gm*cm)  

Right  ESC   60   34   2040  

Left  ESC   60   34   2040  

Wing  tilt  servo   64   16   1024  

Left  wing  aileron  servo   23   35   805  

Right  wing  aileron  servo   23   35   805  

Left  Tailing  aileron  servo   20   48   960  

Right  Tailing  aileron  servo   20   48   960  

Receiver      +      Electricals   60   9   540  

Nose   31   21   651  

Vertical  Stabilizer   15   54   810  

Rudder   15   57   855  

Left  wing  aileron   10   32   320  

Right  wing  aileron   10   32   320  

Fuselage   342   26   8892  

Wing   288   14   4032  

Main  Landing  gear(Right)   30   16.5   495  

Main  Landing  gear(Left)   30   16.5   495  

Battery  pack   480   10   4800  

Left  motor  with  mount   122  +  40   29   4698  

Right  motor  with  mount   122  +  40   29   4698  

Tail  motor  with  mount   50  +  40   78   7020  

 Monocot   5   0   0  

               Total   2011     47,260  

Lateral  Axis  C.G  =  Total  Moments  /  Total  weight  

                                                                         =  47260  /  2011  =    23.5cm  from  the  Datum  point  

Page 131: AeroChopper(VTOL concept)

   

 131  

 

The  Centre  of  Gravity  of  Aero-­‐chopper  falls  on  

 34cm  from  the  tip  of  the  nose,    36.7    cm  from  the  tip  of  the  right  motor  

mount  and      23.5      cm  from  the  tip  of  the  landing  gear.  

 

Page 132: AeroChopper(VTOL concept)

   

 132  

 

PERFORMANCE ANALYSIS

Formulae  used  throughout  the  report  

Lift and drag calculation

 

• Lift  (L)  =  ½  ρV2SCL  

• D  =  Cads  

• CD  =  CDP  +    CDi  

• CDP  =  (Cf  *  k  *  Swet)/Sref  

• MAC  =  2/3  *  CR(1  +  σ  -­‐  σ/1+σ)  

• RN  =  (  Vo  *  L)/vv  

• CF  =  0.455/(Log  RN)2.54  

• CF  =  1.328/√RN  

• CDi  =  CLcruise2/πARe  

• e  =  1/[πARK  +  1/(u  *  s)]  

 

Climb performance

• (R/C)  =  TV∞  -­‐  DV∞  /  W  

Take-off Performance

• Sa  =  RsinθOB  

• Sg              =    1  /  2gKA  ln(1  +  KA/KT  x  V2LO  )    +    NVLO                                                                                        

• R  =  6.9(Vstall)2  /  g  

• θOB  =  cos-­‐1  (1-­‐  hOB  /  R)  

• SƟ  =  1/2gK  

•  KT  =  (T/W)  -­‐  µT  

• G  =  (16h/b)2  /  1  +  (16h/b)2  

Page 133: AeroChopper(VTOL concept)

   

 133  

 

• VLO  =  1.1  *  Vstall  

• CD,O    ~  ∆  CD,O    =  w/s  *  Kucm-­‐0.215  

• KA  =  ρ∞/2(w/s)  [CD,O  +  ∆  CD,O  +  (  K1  +  G/  πeAR)  CL2  =  µrCL  ]  

Landing Performance

• Vf  =  1.15Vstall  

• R  =  Vf2  /  0.2g  

• hf  =  R(1  -­‐  cosθo  )  

• So  =  S-­‐  hf  /  tanθa  

• Sa  =  50  -­‐  hf  /    tanθa  

• Sf  =  R  sin  θa  

• JT  =  Trev  /  W    +  µr  

• JA  =  ρ∞  /  2(w/s)  [CD,O  +  ∆  CD,O  +  (  K1  +  G/  πeAR)  CL2  =  µrCL  ]  

• VTD  =  1.15Vstall  

 

Aircraft Maneuvers

 

• r  =  V2  /  g  *  tan ϕ = V2  / g√(n2  -­‐  1)  

• ω  =  V  /  r  =  V  /  V2 /  g√(n2 - 1)

• ω = g√(n2  -­‐  1)  

• r  =  V2  /  g  (n-­‐1)  

• ω  =  g  (n-­‐1)  /  V

• r  =  V2  /  (n+1)  g

• ω  =  g  (n  +  1)  /  V

• r  =  V2  /  g  *  n

• ω  =  g  *  n  /  V

Page 134: AeroChopper(VTOL concept)

   

 134  

 

Helicopter performance

 

• ∆P  =  1*  ρ  *  V∞*  V∞  /  2  

• ∆P  =  Thrust  /  Area  

• Vi    =  √(T/2*ρ*A)  

• Pi  =  T  *  Vi  

• Vh2  =  (VC  +  Vi)  Vi  

• T  =  2  *  ρ  *  A  *  (VC  +  Vi)  Vi  

• Pi  =  T(VC  +  Vi)  

• T  =  -­‐2  ρA(VC  +  Vi)  Vi  

Page 135: AeroChopper(VTOL concept)

   

 135  

 

Troubleshooting After  testing  the  plane  problem  with  the  following  things  occurred:  

Landing Gear

 

Figure  90  

The  aircraft  had  crashed  while  taxiing.  It  was  out  of  control  when  it  had  maximum  throttle  and  

ended  up  having  a  bad  crash  resulting  in  a  broken  support  section  of  the  landing  gear.  

This  was  anyway  fixed  with  epoxy  glue  5min  as  the  support  material  is  plywood  ,  making  it  

stronger  and  rigid.  

Page 136: AeroChopper(VTOL concept)

   

 136  

 

Propeller Directional Balance

 

Figure  91  

Before  the  VTOL  aircraft  was  flown  by  itself  ,  testing  its  balance  of  hovering  was  very  important  

or  it  could  lead  to  a  disastrous  crash.  

The  balance  was  tested  by  holding  the  aircraft  while  full  throttle  was  applied.  Hovering  was  

achieved,  but  the  balance  of  the  both  sides  of  the  wing  was  not  satisfying  enough  to  let  it  fly  on  

its  own.  

The  reason  being,  both  the  propellers  on  the  either  side  of  the  wing  were  clockwise  directional.  

There  was  no  counter  support  for  the  balance.  The  Counter-­‐clockwise  propeller  could  not  be  

found  anywhere  in  the  local  country  or  nearby.  So  both  clock-­‐wise  directional  propellers  were  

tried  anyway,  resulting  in  a  very  unstable  balance.  

Page 137: AeroChopper(VTOL concept)

   

 137  

 

Throttle Balance

 

Figure  92  

 

The  self-­‐hovering  of  the  aircraft  model  was  put  to  test  after  the  previous  troubleshooting  was  

taken  care.  The  problem  of  Throttle  balance  did  not  allow  the  flying  to  be  achieved.  

 

The  tail-­‐motor  that  was  fixed  to  upwards  direction  was  restricting  the  airplane  to  take-­‐off  as  the  

power  of  the  Tail-­‐motor  was  greater  than  the  ones  on  the  wing.  The  wing-­‐motors    also  faced  a  

difference  in  power  produced,  which  got  the  aircraft  pushing  itself  sideways  and  not  taking  off  

vertically.  

 

This  problem  was  corrected  by  fixing  one  main  gyro  board  to  all  the  controls  intending  to  trim  

the  power  produced  and  help  the  controls  to  perform  uniformly.  But  unfortunately  the  electrical  

components  did  not  respond  to  the  gyro  board  even  after  proper  fixing  was  done.  

Page 138: AeroChopper(VTOL concept)

   

 138  

 

Safety and Risk Assessment

 

• When  working  with  glue,  accelerator  or  acetone,  remember  that  they  are  toxic  and  

hazardous  materials.  Follow  all  guidelines  and  precautions  accompanying  these  

materials.  It  is  easy  to  become  complacent,  as  the  hazard  is  not  immediately  obvious.    

• Always  wash  hands  after  working  with  glue  materials.  Keep  glue,  accelerator  and  

acetone  away  from  the  eyes.  Safety  glasses  are  recommended.  Avoid  rubbing  the  eyes,  

and  keep  the  hands  away  from  the  face  when  working  with  these  materials  

• If  power  tools  are  used,  eye  protection,  instruction  in  the  safe  use  of  the  tools  and  

proper  supervision  should  all  be  considered  prerequisites.  

• If  not  flying  at  a  club  field,  make  sure  the  site  you  choose  is  adequate  and  appropriate  

,not  too  small  an  area  and  not  too  close  to  people,  animals,  trees,  power  lines,  buildings,  

roads,  etc.  Also  find  out  if  there  are  any  local  ordinances  that  prohibit  flying  RC  airplanes  

in  public  spaces.  

• When  working  with  a  hand  cutter  make  sure  not  to  apply  big  forces  as  it  might  lead  to  

hurting  your  hand.  

• Unless  your  radio  system  is  2.4GHz,  use  a  frequency  checker  or  some  other  method  of  

frequency  control  before  turning  on  your  transmitter.  Having  two  or  more  people  flying  

RC  airplanes  on  the  same  frequency  does  not  work;  if  you  interfere  with  another  pilot’s  

frequency,  you  will  cause  an  accident.  

• Never  ever  keep  your  hands  close  to  the  engine  propeller  blade  it  can  cut  anything  with  

the  speed  of  17,000  rpm.  

•  Don’t  try  flying  RC  airplanes  in  “adverse”  wind  conditions.  Depending  on  your  model,  

that  could  be  anything  over  10-­‐15  mph.  Know  your  plane’s  limitations  and  if  unsure  

about  wind  speed,  wait  for  another  day.  

Page 139: AeroChopper(VTOL concept)

   

 139  

 

CONCLUSION  

Based  on  the  theoretical  calculations  Aero-­‐chopper  was  successfully  designed  and  constructed.  

Aero-­‐chopper  has  been  designed  to  accomplish  VTOL  and  transition  to  forward  flight.  

 

By  completing  this  project  it  has  enlightened  me  on  many  topics  such  as  the  Helicopter  and  

Aircraft  performance  individually  and  together.  

Since  Aero-­‐chopper  is  almost  a  successful  project,  and  it  explains  the  concept  of  vertical  take-­‐off  

and  landing,  in  future  we  hope  to  see  the  real  aircraft  perform  vertical  take-­‐off  and  transition  

and  bring  alive  the  legendary  V-­‐22  osprey.  

 

I  would  like  to  conclude  by  saying  that  according  to  the  study  conducted,  calculated  results  and  

the  test  performed  Aero-­‐chopper  can  perform  VTOL  and  transition  to  forward  flight  with  no  

hustle.  

 

Page 140: AeroChopper(VTOL concept)

   

 140  

 

References  

1. http://www.theuav.com/    

2. espritmodel.com    

3. helicopterpage.com    

4. http://www.moneysmith.net/Soaring/soaring4.html      

5. www.e-­‐fliterc.com/Products    

6. http://www.worldofkrauss.com/foils    

7. Fundamentals  of  Flight  by  Richard  S  Shevell      

8. Basic  Helicopter  Aerodynamics  by  J.Seddon  

Page 141: AeroChopper(VTOL concept)

   

 141  

 

Index

3  

3D  Drawing  ·∙  54  

A  

ABSTRACT  ·∙  8  

Acknowledgement  ·∙  4  

AIRCRAFT  DESIGN  ·∙  47  

Airfoil  Selection  ·∙  42  

Area  Calculation  ·∙  78  

C  

CENTRE  OF  GRAVITY  ·∙  128  

CONCLUSION  ·∙  139  

CONSTRUCTION  (ASSEMBLY)  ·∙  58  

COST  ANALYSIS  ·∙  21  

D  

DESIGN  CONCEPT  ·∙  19  

E  

ELECTRICALS  ·∙  32  

G  

GANTT  CHART  ·∙  17  

GRAPHS  ·∙  74  

I  

INTRODUCTION  ·∙  5  

M  

MAN  POWER  ·∙  23  

Materials  ·∙  27  

Mission  ·∙  16  

P  

Parametric  Study  ·∙  10  

PERFORMANCE  ANALYSIS  ·∙  97,  132  

R  

References  ·∙  140  

S  

Safety  and  Risk  Assessment  ·∙  138  

SCOPE  ·∙  8  

Specifications  and  details  ·∙  10,  12  

Structure  designing  :(PROFILI)  ·∙  49  

T  

Tools  ·∙  30  

Troubleshooting  ·∙  135  

Page 142: AeroChopper(VTOL concept)

   

 142