Aerodynamic analysis of an unmanned aerial vehicle with infrared camera for monitoring oil leakage in pipeline networks

• Autores: E. A. Elvira Hernández, Francisco López, Héctor Vázquez Leal, Quetzalcoatl Hernández Escobedo, Agustín Leobardo Herrera May
• Localización: Acta Universitaria, ISSN-e 2007-9621, ISSN 0188-6266, Vol. 30, Nº. 1, 2020, págs. 1-20
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Análisis aerodinámico de un vehículo aéreo no tripulado con cámara infrarroja para monitorear fugas de hidrocarburos en redes de oleoductos
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  • español

    Las redes de oleoductos requieren inspección periódica para detectar daños que pueden causar fugas de hidrocarburos en ambientes naturales y en poblaciones humanas. Estos daños pueden ser causados por fenómenos geológicos e interferencia de seres humanos. Para la detección de estos daños son necesarios técnicas de bajo costo que consideren las redes de oleoductos y su entorno natural. Este estudio presenta un análisis aerodinámico de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) con perfil aerodinámico Eppler 748 (longitud del ala de 1.635 m). El UAV puede incluir una pequeña cámara infrarroja para monitorear fugas de hidrocarburos en redes de oleoductos usando la radiación infrarroja relacionada con el hidrocarburo derramado. Un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) de el UAV es desarrollado para predecir sus coeficientes de sustentación y arrastre como una función del número de Reynolds y el ángulo de ataque (AoA). El perfil de velocidad del aire alrededor del UAV es estimado con simulaciones de CFD. Además, un modelo a escala (1:6.5) del UAV es fabricado usando una impresora 3D para realizar pruebas experimentales con un túnel de viento subsónico. Para el UAV con un AoA de 0°, los coeficientes de sustentación y arrastre obtenidos con el modelo CFD tienen un comportamiento similar con los medidos a través del túnel de viento subsónico. El UAV diseñado podría utilizarse para inspecciones de bajo costo en redes de oleoductos en comparación con el empleo de helicópteros y aviones ligeros.

  • English

    Oil pipeline networks require periodic inspection to detect damages that can generate oil leakage in natural and human environments. These damages can be caused by geological hazard and interference from third party. In order to detect these damages, low-cost techniques that consider both the oil pipeline networks and the environment are required. In this paper, the aerodynamic analysis of an unmanned aerial vehicle (UAV) with Eppler 748 sailplane airfoil (wingspan of 1.635 m) is presented. The UAV can include a small infrared camera for monitoring oil leakage of a pipeline network using the infrared radiation related to oil. A computational fluid dynamics (CFD) model of the UAV is developed to predict its lift and drag coefficients as a function of the Reynolds number and the angle of attack (AoA). The air velocity profile around UAV is estimated with the CFD simulations. In addition, a scale model (1:6.5) of the UAV is fabricated using a 3D printer, which is tested employing a subsonic wind tunnel. For the UAV with AoA of 0°, the drag and lift coefficients obtained with the CFD model have a similar behavior with respect to those measured through the subsonic wind tunnel. The designed UAV could be used for low-cost inspections of damages in oil pipeline networks in comparison with the use of helicopters or light aircraft.