El Control de Orientación Impulsado Aerodinámicamente de un Panel Solar en una Aeronave con Simulación Numérica
Autores: Fazylova, Alina; Alipbayev, Kuanysh; Myrzabekov, Kenzhebek; Aden, Alisher; Iliev, Teodor
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
El Control de Orientación Impulsado Aerodinámicamente de un Panel Solar en una Aeronave con Simulación Numérica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Energía solar
Seguimiento de orientación
Sistema de seguimiento solar
Análisis aerodinámico
Algoritmo de control adaptativo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para vehículos aéreos no tripulados con misiones autónomas de larga duración, la gestión eficiente de la energía es críticamente importante. Una de las soluciones más prometedoras es la energía solar, cuya implementación requiere el seguimiento continuo de la orientación de la posición del Sol. Este estudio presenta un sistema de seguimiento solar activo de tres ejes basado en un soporte de cardán, que proporciona un control cinemático completo del panel en el espacio. Se desarrolla un modelo matemático de orientación utilizando el sistema de coordenadas inercial centrado en la Tierra, el marco geográfico local y el sistema de coordenadas del cuerpo del vehículo aéreo no tripulado. Se realiza un análisis aerodinámico, incluyendo una evaluación cuantitativa de la resistencia, la sustentación y el par en el panel. Basándose en las características obtenidas, se formulan condiciones limitantes para el funcionamiento seguro del seguidor. Se introduce un algoritmo de control adaptativo, minimizando una función objetivo generalizada que tiene en cuenta la desviación angular, las cargas aerodinámicas y el balance energético actual. Se describen simulaciones numéricas, demostrando la estabilidad del sistema bajo varios escenarios: turbulencias, maniobras, limitaciones de energía y errores de sensor. Los resultados confirman la efectividad del enfoque propuesto en condiciones de operación del mundo real.
Descripción
Para vehículos aéreos no tripulados con misiones autónomas de larga duración, la gestión eficiente de la energía es críticamente importante. Una de las soluciones más prometedoras es la energía solar, cuya implementación requiere el seguimiento continuo de la orientación de la posición del Sol. Este estudio presenta un sistema de seguimiento solar activo de tres ejes basado en un soporte de cardán, que proporciona un control cinemático completo del panel en el espacio. Se desarrolla un modelo matemático de orientación utilizando el sistema de coordenadas inercial centrado en la Tierra, el marco geográfico local y el sistema de coordenadas del cuerpo del vehículo aéreo no tripulado. Se realiza un análisis aerodinámico, incluyendo una evaluación cuantitativa de la resistencia, la sustentación y el par en el panel. Basándose en las características obtenidas, se formulan condiciones limitantes para el funcionamiento seguro del seguidor. Se introduce un algoritmo de control adaptativo, minimizando una función objetivo generalizada que tiene en cuenta la desviación angular, las cargas aerodinámicas y el balance energético actual. Se describen simulaciones numéricas, demostrando la estabilidad del sistema bajo varios escenarios: turbulencias, maniobras, limitaciones de energía y errores de sensor. Los resultados confirman la efectividad del enfoque propuesto en condiciones de operación del mundo real.