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Dinámica de estela inestable e interacciones del rotor: un estudio canónico para la aerodinámica de UAV quadrotor utilizando LES

Autores: Ilie, Marcel

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2026

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Acceso abierto

Artículo científico
2026

Dinámica de estela inestable e interacciones del rotor: un estudio canónico para la aerodinámica de UAV quadrotor utilizando LES


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Cuadrotor
Comportamiento aerodinámico
Vórtices de punta
Dinámica de estela
Fluctuaciones de sustentación
Interacciones de calles de vórtices

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Entender el comportamiento aerodinámico inestable de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de quadrotor es fundamental para mejorar la estabilidad de vuelo, el control y el rendimiento, particularmente en entornos operativos complejos. En configuraciones de multirrotores estrechamente espaciados, los vórtices coherentes que se desprenden de cada pala se desplazan hacia abajo y forman calles de vórtices helicoidales que interactúan con las palas subsiguientes y los rotores vecinos. Estas interacciones inducen fluctuaciones rápidas en la velocidad de entrada local y el ángulo de ataque efectivo, lo que resulta en variaciones transitorias de sustentación, cargas vibratorias aumentadas y emisiones acústicas elevadas. Este estudio presenta una investigación computacional integral de las interacciones de los rotores de quadrotor y la dinámica de estela utilizando una simulación de gran escala (LES). Análisis detallados revelan que la formación y evolución de los vórtices de punta y los fenómenos de interacción pala-vórtice influyen significativamente en las fluctuaciones de sustentación y la carga aerodinámica. Las simulaciones capturan estructuras de estela transitorias y sus efectos en los rotores vecinos, destacando mecanismos aerodinámicos inestables que no son adecuadamente predichos por los enfoques convencionales RANS o URANS. Estudios paramétricos que examinan la distancia de desplazamiento de la calle de vórtices demuestran la sensibilidad de las inestabilidades inducidas por la estela a los parámetros de diseño y operación. Los resultados proporcionan nuevas perspectivas físicas sobre la dinámica de estela de multirrotores y establecen la LES como un marco predictivo para cuantificar la carga aerodinámica inestable en drones de quadrotor. Los hallazgos ofrecen información sobre la compleja física del flujo de sistemas de multirrotores, brindando orientación para una modelización más precisa, la optimización del diseño de aeronaves y el desarrollo de estrategias de control que mitiguen los efectos aerodinámicos inestables adversos. Este estudio proporciona nuevas perspectivas sobre las interacciones entre rotores y calles de vórtices, con aplicaciones a UAVs de multirrotores, al aislar los efectos de acoplamiento de múltiples vórtices y cuantificar la influencia del espaciado horizontal de los vórtices en la carga aerodinámica inestable, complementando la investigación existente de LES de alta fidelidad.

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