Diseño Preliminar y Optimización de Estructuras Primarias para un UAV de Conducto Inclinable
Autores: Xu, Shangru; Liu, Yaolong; Zhang, Jifa; Zheng, Yao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño Preliminar y Optimización de Estructuras Primarias para un UAV de Conducto Inclinable
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Ventiladores ductados
Optimización
Materiales compuestos
Diseño estructural
Aviación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de conducto inclinado combinan la eficiencia de alta velocidad de los aviones de ala fija con el despegue y aterrizaje vertical (VTOL) y las capacidades de vuelo en suspensión de los aviones de ala rotativa, maximizando las ventajas de los ventiladores ductados en términos de reducción de ruido, eficiencia y seguridad, lo que los convierte en una dirección clave para el futuro de la aviación, como la movilidad aérea urbana. Este documento se centra en el diseño y la optimización de las estructuras primarias de un UAV de conducto inclinado diseñado en laboratorio. En primer lugar, se presentan los datos generales del UAV de conducto inclinado de referencia. De acuerdo con las condiciones de carga, se lleva a cabo el diseño de la disposición estructural general para el ala, el fuselaje y el empenaje, prestando especial atención a los requisitos de los modos de vuelo VTOL/suspensión y de crucero. Basado en la disposición estructural, se establecen modelos de elementos finitos (FEM) y se realizan análisis estáticos. Los resultados indican que el diseño puede cumplir con los requisitos estructurales durante una misión de vuelo. Además, basándonos en el algoritmo del Método de Direcciones Factibles (MFD), hemos llevado a cabo la optimización de la caja alar compuesta que incorpora restricciones de fabricación. A través de la optimización, la masa total de la caja alar se reduce en un 38.6%, es decir, de 3.73 kg a 2.29 kg. Los resultados indican que la combinación de materiales compuestos con una configuración de conducto inclinado tiene un potencial significativo para una aviación futura de alta eficiencia y respetuosa con el medio ambiente.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de conducto inclinado combinan la eficiencia de alta velocidad de los aviones de ala fija con el despegue y aterrizaje vertical (VTOL) y las capacidades de vuelo en suspensión de los aviones de ala rotativa, maximizando las ventajas de los ventiladores ductados en términos de reducción de ruido, eficiencia y seguridad, lo que los convierte en una dirección clave para el futuro de la aviación, como la movilidad aérea urbana. Este documento se centra en el diseño y la optimización de las estructuras primarias de un UAV de conducto inclinado diseñado en laboratorio. En primer lugar, se presentan los datos generales del UAV de conducto inclinado de referencia. De acuerdo con las condiciones de carga, se lleva a cabo el diseño de la disposición estructural general para el ala, el fuselaje y el empenaje, prestando especial atención a los requisitos de los modos de vuelo VTOL/suspensión y de crucero. Basado en la disposición estructural, se establecen modelos de elementos finitos (FEM) y se realizan análisis estáticos. Los resultados indican que el diseño puede cumplir con los requisitos estructurales durante una misión de vuelo. Además, basándonos en el algoritmo del Método de Direcciones Factibles (MFD), hemos llevado a cabo la optimización de la caja alar compuesta que incorpora restricciones de fabricación. A través de la optimización, la masa total de la caja alar se reduce en un 38.6%, es decir, de 3.73 kg a 2.29 kg. Los resultados indican que la combinación de materiales compuestos con una configuración de conducto inclinado tiene un potencial significativo para una aviación futura de alta eficiencia y respetuosa con el medio ambiente.