Investigación de una configuración de quadrotor con rotor trasero desplazado verticalmente para la mitigación de interferencias aerodinámicas
Autores: Zhu, He; Yi, Xinyu; Nie, Hong; Wei, Xiaohui; Zhao, Qijun; Yin, Yin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Investigación de una configuración de quadrotor con rotor trasero desplazado verticalmente para la mitigación de interferencias aerodinámicas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Drones multirrotor
Interferencias aerodinámicas
Desplazamiento vertical
Métricas de rendimiento
Dinámica de fluidos computacional
Empuje del rotor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El despliegue de drones de múltiples rotores en aplicaciones como la entrega de paquetes y la movilidad aérea urbana es cada vez más prevalente. La interferencia aerodinámica entre los rotores en drones quadrotor tradicionales afecta el rendimiento, y el desplazamiento vertical es una solución prometedora para mitigar esta interferencia. Este estudio investiga sistemáticamente las características aerodinámicas de un drone quadrotor con una configuración de rotor trasero desplazado verticalmente a través de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD). Al variar la relación de separación vertical entre los rotores delantero y trasero (H/R), se realizaron análisis cuantitativos de métricas clave de rendimiento, incluyendo el empuje del rotor y la carga de potencia, con explicaciones proporcionadas desde la perspectiva de la estructura del campo de flujo. Además, se exploran los mecanismos físicos subyacentes que influyen en las variaciones de rendimiento observadas. Los resultados indican que, bajo las condiciones de operación investigadas en este estudio, que incluyen una RPM de rotor única, un ángulo de entrada de 10 grados y una velocidad de vuelo hacia adelante específica, la configuración desplazada verticalmente demuestra un rendimiento aerodinámico superior en H/R = 1. En esta relación de separación, el disco del rotor trasero evita la mayor parte de la velocidad inducida por el descenso generada por el rotor delantero, permitiendo una recuperación parcial del ángulo de ataque efectivo. En consecuencia, la interacción vórtice-propulsor (PVI) se debilita significativamente, los niveles de energía cinética turbulenta (TKE) en la región de interferencia se reducen y la separación de flujo prematura en las palas del rotor trasero se suprime. Estos efectos combinados mejoran la eficiencia aerodinámica general. Este estudio aclara el papel de la separación vertical de los rotores en la regulación de la interferencia aerodinámica en drones de múltiples rotores, ofreciendo valiosos conocimientos para el diseño aerodinámico de aeronaves de rotor compacto.
Descripción
El despliegue de drones de múltiples rotores en aplicaciones como la entrega de paquetes y la movilidad aérea urbana es cada vez más prevalente. La interferencia aerodinámica entre los rotores en drones quadrotor tradicionales afecta el rendimiento, y el desplazamiento vertical es una solución prometedora para mitigar esta interferencia. Este estudio investiga sistemáticamente las características aerodinámicas de un drone quadrotor con una configuración de rotor trasero desplazado verticalmente a través de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD). Al variar la relación de separación vertical entre los rotores delantero y trasero (H/R), se realizaron análisis cuantitativos de métricas clave de rendimiento, incluyendo el empuje del rotor y la carga de potencia, con explicaciones proporcionadas desde la perspectiva de la estructura del campo de flujo. Además, se exploran los mecanismos físicos subyacentes que influyen en las variaciones de rendimiento observadas. Los resultados indican que, bajo las condiciones de operación investigadas en este estudio, que incluyen una RPM de rotor única, un ángulo de entrada de 10 grados y una velocidad de vuelo hacia adelante específica, la configuración desplazada verticalmente demuestra un rendimiento aerodinámico superior en H/R = 1. En esta relación de separación, el disco del rotor trasero evita la mayor parte de la velocidad inducida por el descenso generada por el rotor delantero, permitiendo una recuperación parcial del ángulo de ataque efectivo. En consecuencia, la interacción vórtice-propulsor (PVI) se debilita significativamente, los niveles de energía cinética turbulenta (TKE) en la región de interferencia se reducen y la separación de flujo prematura en las palas del rotor trasero se suprime. Estos efectos combinados mejoran la eficiencia aerodinámica general. Este estudio aclara el papel de la separación vertical de los rotores en la regulación de la interferencia aerodinámica en drones de múltiples rotores, ofreciendo valiosos conocimientos para el diseño aerodinámico de aeronaves de rotor compacto.