Evaluación de sistemas de propulsión híbrida en serie y en paralelo para UAVs implementando arquitecturas de propulsión distribuida
Autores: Jimenez, Darwin; Valencia, Esteban; Herrera, Ariel; Cando, Edgar; Pozo, Marcelo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Evaluación de sistemas de propulsión híbrida en serie y en paralelo para UAVs implementando arquitecturas de propulsión distribuida
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Políticas ambientales
Sector de la aviación
Sistemas de propulsión híbrida
Arquitecturas de propulsión distribuida
Herramienta de modelado paramétrico
Misiones de monitoreo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Las políticas ambientales actuales para el sector de la aviación motivan el uso de alternativas de propulsión más limpias con el fin de reducir su huella de CO y la contaminación acústica en los próximos años. En este contexto, los sistemas de propulsión híbrida han surgido como una solución potencial, ya que han demostrado un buen equilibrio entre rendimiento y bajas emisiones de contaminantes. El presente trabajo realiza una comparación entre sistemas de propulsión híbrida paralela y en serie utilizando arquitecturas de propulsión distribuidas heterogéneas y homogéneas. Para resaltar las oportunidades de los sistemas de propulsión distribuida y validar la metodología desarrollada, se utiliza una configuración híbrida de propulsión única como caso base para este estudio. Para el dimensionamiento del sistema de propulsión, este trabajo utiliza una herramienta de modelado paramétrico, que incluye un análisis de restricciones acoplado con un módulo de estimación de peso para determinar configuraciones adecuadas para una misión de monitoreo ambiental. Este último módulo incluye correlaciones semi-empíricas para dimensionar los componentes eléctricos y mecánicos para cada configuración de propulsión. A partir de los resultados, se ha encontrado que para el caso representativo de monitoreo en las Islas Galápagos, que requiere una autonomía de aproximadamente 7 h, el sistema híbrido paralelo que utiliza tres propulsores distribuidos presenta las mejores características de rendimiento en términos de ahorro de combustible, mostrando una reducción del 34% en comparación con el caso base. En resumen, la principal contribución de este estudio radica en el desarrollo de una metodología para establecer configuraciones potenciales de propulsión distribuida híbrida para UAVs destinados a misiones de monitoreo determinadas.
Descripción
Las políticas ambientales actuales para el sector de la aviación motivan el uso de alternativas de propulsión más limpias con el fin de reducir su huella de CO y la contaminación acústica en los próximos años. En este contexto, los sistemas de propulsión híbrida han surgido como una solución potencial, ya que han demostrado un buen equilibrio entre rendimiento y bajas emisiones de contaminantes. El presente trabajo realiza una comparación entre sistemas de propulsión híbrida paralela y en serie utilizando arquitecturas de propulsión distribuidas heterogéneas y homogéneas. Para resaltar las oportunidades de los sistemas de propulsión distribuida y validar la metodología desarrollada, se utiliza una configuración híbrida de propulsión única como caso base para este estudio. Para el dimensionamiento del sistema de propulsión, este trabajo utiliza una herramienta de modelado paramétrico, que incluye un análisis de restricciones acoplado con un módulo de estimación de peso para determinar configuraciones adecuadas para una misión de monitoreo ambiental. Este último módulo incluye correlaciones semi-empíricas para dimensionar los componentes eléctricos y mecánicos para cada configuración de propulsión. A partir de los resultados, se ha encontrado que para el caso representativo de monitoreo en las Islas Galápagos, que requiere una autonomía de aproximadamente 7 h, el sistema híbrido paralelo que utiliza tres propulsores distribuidos presenta las mejores características de rendimiento en términos de ahorro de combustible, mostrando una reducción del 34% en comparación con el caso base. En resumen, la principal contribución de este estudio radica en el desarrollo de una metodología para establecer configuraciones potenciales de propulsión distribuida híbrida para UAVs destinados a misiones de monitoreo determinadas.