Análisis MDAO y aeroelásticos de UAVs pequeños alimentados por energía solar con arquitecturas de ala en caja y ala en tándem
Autores: Cipolla, Vittorio; Dine, Andri; Viti, Andrea; Binante, Vincenzo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Análisis MDAO y aeroelásticos de UAVs pequeños alimentados por energía solar con arquitecturas de ala en caja y ala en tándem
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
UAVs
Escalabilidad
Arquitecturas
Aeroelástico
Ala en caja
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Se espera que el mercado de vehículos aéreos no tripulados (VANT) alimentados por energía solar para fines de defensa y servicios de drones crezca más de 2 veces en la próxima década. Desde la perspectiva del diseño de aeronaves, el principal desafío es la escalabilidad de las arquitecturas propuestas, que es necesaria para aumentar las capacidades de carga útil. Además de algunos ejemplos exitosos de VANT con alas y cola, algunos recién llegados están desarrollando prototipos con arquitecturas de alas en tándem, ampliando así el posible diseño. El presente documento tiene como objetivo introducir un paso más en esta dirección, teniendo también en cuenta la arquitectura de ala en caja para mostrar cómo la presencia de uniones en las puntas de las alas puede proporcionar beneficios desde el punto de vista aeroelástico. Se consideran VANT con una masa de despegue de hasta 25 kg y se presentan las principales herramientas adoptadas. Estas son un código de Análisis y Optimización Multidisciplinaria (MDAO) desarrollado internamente llamado SD2020 y el código aeroelástico de código abierto ASWING, ambos presentados junto con una evaluación de su precisión mediante resultados numéricos de mayor fidelidad. Se presentan los resultados de SD2020 para el caso de pequeños VANT solares con ala en caja optimizados para lograr la mayor resistencia, centrándose en la estrategia implementada para lograr soluciones viables bajo un conjunto asignado de restricciones. Se presentan más resultados para VANT comparables con ala en caja y ala en tándem desde los puntos de vista aerodinámico y aeroelástico. Mientras que las ventajas aerodinámicas introducidas por el ala en caja son marginales, los análisis aeroelásticos indican que, si se eliminan las uniones de la configuración de ala en caja, el margen de seguridad respecto a la velocidad de flutter se reduce a la mitad y la divergencia de flexión-torsión ocurre a velocidades relativamente bajas.
Descripción
Se espera que el mercado de vehículos aéreos no tripulados (VANT) alimentados por energía solar para fines de defensa y servicios de drones crezca más de 2 veces en la próxima década. Desde la perspectiva del diseño de aeronaves, el principal desafío es la escalabilidad de las arquitecturas propuestas, que es necesaria para aumentar las capacidades de carga útil. Además de algunos ejemplos exitosos de VANT con alas y cola, algunos recién llegados están desarrollando prototipos con arquitecturas de alas en tándem, ampliando así el posible diseño. El presente documento tiene como objetivo introducir un paso más en esta dirección, teniendo también en cuenta la arquitectura de ala en caja para mostrar cómo la presencia de uniones en las puntas de las alas puede proporcionar beneficios desde el punto de vista aeroelástico. Se consideran VANT con una masa de despegue de hasta 25 kg y se presentan las principales herramientas adoptadas. Estas son un código de Análisis y Optimización Multidisciplinaria (MDAO) desarrollado internamente llamado SD2020 y el código aeroelástico de código abierto ASWING, ambos presentados junto con una evaluación de su precisión mediante resultados numéricos de mayor fidelidad. Se presentan los resultados de SD2020 para el caso de pequeños VANT solares con ala en caja optimizados para lograr la mayor resistencia, centrándose en la estrategia implementada para lograr soluciones viables bajo un conjunto asignado de restricciones. Se presentan más resultados para VANT comparables con ala en caja y ala en tándem desde los puntos de vista aerodinámico y aeroelástico. Mientras que las ventajas aerodinámicas introducidas por el ala en caja son marginales, los análisis aeroelásticos indican que, si se eliminan las uniones de la configuración de ala en caja, el margen de seguridad respecto a la velocidad de flutter se reduce a la mitad y la divergencia de flexión-torsión ocurre a velocidades relativamente bajas.