Un método de dimensionamiento eficiente y robusto para configuraciones de aeronaves eVTOL en el diseño conceptual
Autores: Ugwueze, Osita; Statheros, Thomas; Horri, Nadjim; Bromfield, Michael A.; Simo, Jules
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un método de dimensionamiento eficiente y robusto para configuraciones de aeronaves eVTOL en el diseño conceptual
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Desarrollo
Método de dimensionamiento
Parámetros de rendimiento
Aeronaves eVTOL
Elevación motorizada
Aeronaves sin alas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta el desarrollo de un método de dimensionamiento robusto para estimar y comparar de manera eficiente los parámetros clave de rendimiento en la etapa de diseño conceptual para las dos principales clases de aeronaves de despegue y aterrizaje vertical totalmente eléctricas (eVTOL), los tipos de aeronaves de elevación propulsada y sin alas. El documento investiga híbridos de métodos clásicos de búsqueda de raíces: los métodos de bisección, punto fijo y Newton-Raphson para su uso en el dimensionamiento de aeronaves eVTOL. La eficiencia de convergencia mejorada de los métodos híbridos es al menos un 70% más rápida que la de los métodos estándar. Esta eficiencia mejorada es significativa para problemas de dimensionamiento complejos. El método de dimensionamiento desarrollado se utiliza para investigar el rendimiento comparativo de los tipos de aeronaves eVTOL sin alas y de elevación propulsada para diferentes longitudes de misión. Para una misión genérica de taxi aéreo con una carga útil de 400 kg, el tipo de elevación propulsada demuestra su eficiencia de masa cuando se dimensiona para misiones superiores a 10 km de alcance. Sin embargo, la arquitectura más simple del tipo de aeronave eVTOL sin alas lo hace preferible para misiones por debajo de 10 km de alcance al considerar la eficiencia energética. Los resultados del estudio de dimensionamiento se compararon con una selección de datos de aeronaves eVTOL. Los resultados mostraron una buena concordancia entre la masa estimada de la aeronave utilizando el método de dimensionamiento propuesto y los datos publicados de aeronaves eVTOL.
Descripción
Este documento presenta el desarrollo de un método de dimensionamiento robusto para estimar y comparar de manera eficiente los parámetros clave de rendimiento en la etapa de diseño conceptual para las dos principales clases de aeronaves de despegue y aterrizaje vertical totalmente eléctricas (eVTOL), los tipos de aeronaves de elevación propulsada y sin alas. El documento investiga híbridos de métodos clásicos de búsqueda de raíces: los métodos de bisección, punto fijo y Newton-Raphson para su uso en el dimensionamiento de aeronaves eVTOL. La eficiencia de convergencia mejorada de los métodos híbridos es al menos un 70% más rápida que la de los métodos estándar. Esta eficiencia mejorada es significativa para problemas de dimensionamiento complejos. El método de dimensionamiento desarrollado se utiliza para investigar el rendimiento comparativo de los tipos de aeronaves eVTOL sin alas y de elevación propulsada para diferentes longitudes de misión. Para una misión genérica de taxi aéreo con una carga útil de 400 kg, el tipo de elevación propulsada demuestra su eficiencia de masa cuando se dimensiona para misiones superiores a 10 km de alcance. Sin embargo, la arquitectura más simple del tipo de aeronave eVTOL sin alas lo hace preferible para misiones por debajo de 10 km de alcance al considerar la eficiencia energética. Los resultados del estudio de dimensionamiento se compararon con una selección de datos de aeronaves eVTOL. Los resultados mostraron una buena concordancia entre la masa estimada de la aeronave utilizando el método de dimensionamiento propuesto y los datos publicados de aeronaves eVTOL.