Allanando el camino para UAVs sostenibles utilizando propulsión distribuida y sistemas alimentados por energía solar
Autores: Valencia, Esteban; Cruzatty, Cristian; Amaguaña, Edwin; Cando, Edgar
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Allanando el camino para UAVs sostenibles utilizando propulsión distribuida y sistemas alimentados por energía solar
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Sistemas híbridos
Plataformas aéreas no tripuladas
Tecnología solar fotovoltaica
Arquitecturas de propulsión
Configuraciones de propulsión distribuida
Consumo de combustible
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas híbridos ofrecen soluciones óptimas para plataformas aéreas no tripuladas, mostrando su desarrollo tecnológico en configuraciones en paralelo y en serie y proporcionando alternativas para conceptos de aeronaves futuras. Sin embargo, el beneficio energético limitado de estas configuraciones se debe principalmente a su peso, constituyendo una de las principales restricciones. La tecnología solar fotovoltaica puede proporcionar una mejora interesante a la autonomía de estos sistemas. Sin embargo, para crear arquitecturas de propulsión eficientes adaptadas a misiones específicas, se requiere un marco flexible. Este trabajo presenta una metodología para evaluar UAV híbridos alimentados por energía solar en configuraciones de propulsión distribuida a través de un esquema de modelado de dos niveles. La primera etapa consiste en determinar las restricciones operativas y de diseño a través de modelos paramétricos que estiman los requisitos energéticos básicos de vuelo. La segunda fase ejecuta un algoritmo de optimización no lineal ajustado para encontrar configuraciones de propulsión óptimas en términos de grado de hibridación, número de hélices, diferentes cargas alares y la configuración de propulsión eléctrica distribuida (eDP) considerando el consumo de combustible como una métrica clave. Los resultados del estudio indican que las configuraciones solares-híbridas pueden teóricamente lograr ahorros de combustible de hasta el 80% en comparación con configuraciones convencionales. Esto conduce a una reducción significativa de las emisiones durante vuelos de larga duración donde la tecnología actual de baterías aún no es capaz de proporcionar un vuelo sostenido.
Descripción
Los sistemas híbridos ofrecen soluciones óptimas para plataformas aéreas no tripuladas, mostrando su desarrollo tecnológico en configuraciones en paralelo y en serie y proporcionando alternativas para conceptos de aeronaves futuras. Sin embargo, el beneficio energético limitado de estas configuraciones se debe principalmente a su peso, constituyendo una de las principales restricciones. La tecnología solar fotovoltaica puede proporcionar una mejora interesante a la autonomía de estos sistemas. Sin embargo, para crear arquitecturas de propulsión eficientes adaptadas a misiones específicas, se requiere un marco flexible. Este trabajo presenta una metodología para evaluar UAV híbridos alimentados por energía solar en configuraciones de propulsión distribuida a través de un esquema de modelado de dos niveles. La primera etapa consiste en determinar las restricciones operativas y de diseño a través de modelos paramétricos que estiman los requisitos energéticos básicos de vuelo. La segunda fase ejecuta un algoritmo de optimización no lineal ajustado para encontrar configuraciones de propulsión óptimas en términos de grado de hibridación, número de hélices, diferentes cargas alares y la configuración de propulsión eléctrica distribuida (eDP) considerando el consumo de combustible como una métrica clave. Los resultados del estudio indican que las configuraciones solares-híbridas pueden teóricamente lograr ahorros de combustible de hasta el 80% en comparación con configuraciones convencionales. Esto conduce a una reducción significativa de las emisiones durante vuelos de larga duración donde la tecnología actual de baterías aún no es capaz de proporcionar un vuelo sostenido.