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Enfoque de Diseño Preliminar y Optimización de UAV Eléctrico FW-VTOL Basado en Características de Descarga de Celdas

Autores: He, Cheng; Tong, Yuqi; Liu, Diyi; Yang, Shipeng; Zhan, Fengjiang

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Enfoque de Diseño Preliminar y Optimización de UAV Eléctrico FW-VTOL Basado en Características de Descarga de Celdas


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Eléctrico
Despegue y aterrizaje vertical
Ala fija
UAV
Método de optimización
Sistema de propulsión

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El vehículo aéreo no tripulado (VANT) de despegue y aterrizaje vertical eléctrico de ala fija (FW-VTOL) combina las ventajas de las aeronaves de ala fija y las aeronaves de múltiples rotores. Basado en las características de descarga de las celdas y las características del sistema de energía, este documento propone un método de diseño preliminar y optimización adecuado para VANT eléctricos FW-VTOL. El propósito de este método es mejorar la precisión del diseño de sistemas de propulsión eléctrica y los parámetros generales al tratar con los requisitos especiales de energía y potencia de este tipo de aeronaves. El núcleo de este método implica probar los datos de rendimiento de la celda dentro del paquete de baterías, utilizando celdas de pequeña capacidad como la unidad básica para el dimensionamiento de baterías, construyendo así un modelo de rendimiento de batería de potencia. Además, establece modelos de diseño de optimización para hélices y rotores y desarrolla un modelo de rendimiento de motor de corriente continua sin escobillas basado en un modelo de motor de primer orden y datos estadísticos, logrando en última instancia un emparejamiento optimizado del sistema de propulsión y completando el diseño preliminar de toda la aeronave. Utilizando un modelo de descarga de batería establecido basado en parámetros reales de celdas y datos de prueba, se evalúa el impacto del proceso de descarga en el rendimiento de la batería a nivel de celda, reduciendo la subjetividad de la evaluación del rendimiento de la batería en comparación con el método de densidad de potencia/energía constante utilizado en los procesos de dimensionamiento de baterías tradicionales. Además, emparejar el diseño de optimización de sistemas de energía y propulsión mejora efectivamente la precisión del diseño preliminar para VANT FW-VTOL. Se realiza un caso de diseño de un VANT eléctrico FW-VTOL de 30 kg, junto con la finalización de pruebas de vuelo. Los parámetros de diseño obtenidos utilizando el método propuesto muestran discrepancias mínimas con los datos reales de la aeronave real, confirmando la efectividad del método propuesto.

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