Modelado Dinámico y Control para UAV de Rotor Inclinable Basado en CFD Transitorio del Campo de Flujo 3D
Autores: Wang, Hongpeng; Sun, Wenhao; Zhao, Changli; Zhang, Sujie; Han, Jianda
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modelado Dinámico y Control para UAV de Rotor Inclinable Basado en CFD Transitorio del Campo de Flujo 3D
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Rotor de inclinación
Vehículo aéreo no tripulado
Acoplamiento aerodinámico
Campo de flujo del rotor
Perturbación aerodinámica
Campo de flujo tridimensional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El vehículo aéreo no tripulado de rotor inclinado (TRUAV) se caracteriza tanto por el despegue o aterrizaje vertical de múltiples rotores como por el vuelo de larga duración con alas fijas. No solo la estructura del TRUAV es compleja, sino que también el acoplamiento aerodinámico es severo. Especialmente cuando el TRUAV está en modo de transición, el campo de flujo del rotor y el estela son complicados. La variación anormal de la fuerza aerodinámica de las palas del rotor afectará directamente el equilibrio y la manipulación de la aeronave. El flujo descendente generado por la interferencia del vórtice de punta de hélice del rotor impactará el ala desde todas las direcciones, formando un campo de flujo tridimensional bloqueado en la superficie del ala, lo que afecta gravemente la estabilidad del UAV. En este documento, se aplicó la simulación numérica CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) transitoria para examinar los campos de flujo del fuselaje y el rotor bajo el modo de transición del TRUAV, así como la perturbación aerodinámica. Además, se estableció el modelo dinámico del TRUAV basado en el cambio del estado del ángulo de inclinación, y considerando el efecto del flujo de deslizamiento del rotor, analizamos la distribución del campo de flujo tridimensional del TRUAV en el modo de transición bajo la perturbación aerodinámica del fuselaje y el rotor, e identificamos cada parámetro aerodinámico requerido para el modelado. Se diseñó una estrategia de control PID en cascada para el TRUAV, y los resultados verifican que el modelo de TRUAV propuesto puede mantenerse estable incluso cuando el ángulo de inclinación máximo es de 20 grados. Por último, los resultados de la simulación proporcionan apoyo de datos para la optimización del perfil aerodinámico del TRUAV y el diseño de métodos de control de vuelo posteriores.
Descripción
El vehículo aéreo no tripulado de rotor inclinado (TRUAV) se caracteriza tanto por el despegue o aterrizaje vertical de múltiples rotores como por el vuelo de larga duración con alas fijas. No solo la estructura del TRUAV es compleja, sino que también el acoplamiento aerodinámico es severo. Especialmente cuando el TRUAV está en modo de transición, el campo de flujo del rotor y el estela son complicados. La variación anormal de la fuerza aerodinámica de las palas del rotor afectará directamente el equilibrio y la manipulación de la aeronave. El flujo descendente generado por la interferencia del vórtice de punta de hélice del rotor impactará el ala desde todas las direcciones, formando un campo de flujo tridimensional bloqueado en la superficie del ala, lo que afecta gravemente la estabilidad del UAV. En este documento, se aplicó la simulación numérica CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) transitoria para examinar los campos de flujo del fuselaje y el rotor bajo el modo de transición del TRUAV, así como la perturbación aerodinámica. Además, se estableció el modelo dinámico del TRUAV basado en el cambio del estado del ángulo de inclinación, y considerando el efecto del flujo de deslizamiento del rotor, analizamos la distribución del campo de flujo tridimensional del TRUAV en el modo de transición bajo la perturbación aerodinámica del fuselaje y el rotor, e identificamos cada parámetro aerodinámico requerido para el modelado. Se diseñó una estrategia de control PID en cascada para el TRUAV, y los resultados verifican que el modelo de TRUAV propuesto puede mantenerse estable incluso cuando el ángulo de inclinación máximo es de 20 grados. Por último, los resultados de la simulación proporcionan apoyo de datos para la optimización del perfil aerodinámico del TRUAV y el diseño de métodos de control de vuelo posteriores.