Un procedimiento para desarrollar un modelo de mecánica de vuelo de un dron de tres superficies utilizando métodos semi-empíricos
Autores: Cacciola, Stefano; Testa, Laura; Saponi, Matteo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un procedimiento para desarrollar un modelo de mecánica de vuelo de un dron de tres superficies utilizando métodos semi-empíricos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Aeronaves
Drones
VTOL
Aerodinámica
Mecánica de vuelo
UAVs
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Las aeronaves y los drones de ala fija, diseñados para realizar despegues y aterrizajes verticales (VTOL), a menudo incorporan configuraciones poco convencionales que ofrecen capacidades únicas pero que, al mismo tiempo, plantean desafíos significativos en la modelización de la mecánica de vuelo, cuya fiabilidad depende en gran medida de la correcta sintonización de los parámetros inerciales y aerodinámicos. Tener una buena caracterización de la aerodinámica representa un tema crítico, especialmente en el diseño y optimización de configuraciones de aeronaves poco convencionales, cuando, de hecho, se está obligado a emplear métodos empíricos o semi-empíricos, ideados para geometrías convencionales, que luchan por capturar interacciones aerodinámicas complejas. Alternativas como las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) de alta fidelidad, aunque más precisas, son típicamente costosas e imprácticas tanto para el diseño preliminar como para la optimización del vuelo. Este trabajo presenta un procedimiento que explota múltiples análisis realizados a través de metodologías semi-empíricas implementadas en el USAF Digital DATCOM para desarrollar un modelo de mecánica de vuelo para vehículos aéreos no tripulados (UAVs) de ala fija. El UAV de referencia elegido para probar el procedimiento propuesto es el Dragonfly DS-1, un UAV eléctrico VTOL desarrollado por Overspace Aviation, que presenta una configuración de tres superficies. La precisión de los datos polares, es decir, los coeficientes de sustentación y resistencia, se evalúa mediante comparaciones con simulaciones de dinámica de fluidos computacional y datos de vuelo. Las principales discrepancias se encuentran en la estimación de la resistencia. El presente trabajo representa una investigación preliminar sobre la posible extensión de métodos semi-empíricos, consolidados para configuraciones tradicionales, a aeronaves poco convencionales para apoyar el diseño de UAV en etapas tempranas.
Descripción
Las aeronaves y los drones de ala fija, diseñados para realizar despegues y aterrizajes verticales (VTOL), a menudo incorporan configuraciones poco convencionales que ofrecen capacidades únicas pero que, al mismo tiempo, plantean desafíos significativos en la modelización de la mecánica de vuelo, cuya fiabilidad depende en gran medida de la correcta sintonización de los parámetros inerciales y aerodinámicos. Tener una buena caracterización de la aerodinámica representa un tema crítico, especialmente en el diseño y optimización de configuraciones de aeronaves poco convencionales, cuando, de hecho, se está obligado a emplear métodos empíricos o semi-empíricos, ideados para geometrías convencionales, que luchan por capturar interacciones aerodinámicas complejas. Alternativas como las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) de alta fidelidad, aunque más precisas, son típicamente costosas e imprácticas tanto para el diseño preliminar como para la optimización del vuelo. Este trabajo presenta un procedimiento que explota múltiples análisis realizados a través de metodologías semi-empíricas implementadas en el USAF Digital DATCOM para desarrollar un modelo de mecánica de vuelo para vehículos aéreos no tripulados (UAVs) de ala fija. El UAV de referencia elegido para probar el procedimiento propuesto es el Dragonfly DS-1, un UAV eléctrico VTOL desarrollado por Overspace Aviation, que presenta una configuración de tres superficies. La precisión de los datos polares, es decir, los coeficientes de sustentación y resistencia, se evalúa mediante comparaciones con simulaciones de dinámica de fluidos computacional y datos de vuelo. Las principales discrepancias se encuentran en la estimación de la resistencia. El presente trabajo representa una investigación preliminar sobre la posible extensión de métodos semi-empíricos, consolidados para configuraciones tradicionales, a aeronaves poco convencionales para apoyar el diseño de UAV en etapas tempranas.