Modelos de Transferencia de Calor y Mediciones de Motores DC Sin Escobillas para Pequeños Sistemas Aéreos No Tripulados (UAS)
Autores: Saemi, Farid; Whitson, Annalaine; Benedict, Moble
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Modelos de Transferencia de Calor y Mediciones de Motores DC Sin Escobillas para Pequeños Sistemas Aéreos No Tripulados (UAS)
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Transferencia de calor
Dimensionamiento de motores
Rendimiento
Autonomía del vehículo
Resistencia
Motores BLDC
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
La transferencia de calor afecta el tamaño de un motor, su rendimiento y, en última instancia, la autonomía y resistencia general del vehículo. Sin embargo, la literatura térmica no cuenta con modelos en etapas tempranas para motores sin escobillas de corriente continua (BLDC) de tipo outrunner que se encuentran en pequeños sistemas aéreos no tripulados (UAS). Para abordar esta brecha, hemos desarrollado un modelo de transferencia de calor no dimensional (correlación de Nusselt). Experimentos paramétricos de cuatro motores BLDC de diferentes tamaños bajo carga en pruebas de túnel de viento con números de Reynolds coincidentes generaron datos para la correlación del modelo. Las relaciones de aspecto de los motores (diámetro/largo) variaron de 0.9 a 1.5. El número de Reynolds del flujo axial sobre los motores varió de 20,000 a 40,000. El número de Reynolds rotacional varió de 10,000 a 20,000. Los resultados mostraron que la relación de aspecto tuvo la mayor influencia en la transferencia de calor, seguida por los números de Reynolds rotacional y de flujo libre. Un modelo en estado estacionario utilizó la correlación para predecir la diferencia de temperatura ambiental del motor dentro de 10 K de los datos experimentales. Un estudio de caso aplicó la correlación para predecir el par continuo de un motor hipotético en diferentes entornos. La correlación permite a los diseñadores conceptuales capturar compensaciones impulsadas térmicamente en las primeras etapas de diseño y reducir revisiones costosas en etapas posteriores.
Descripción
La transferencia de calor afecta el tamaño de un motor, su rendimiento y, en última instancia, la autonomía y resistencia general del vehículo. Sin embargo, la literatura térmica no cuenta con modelos en etapas tempranas para motores sin escobillas de corriente continua (BLDC) de tipo outrunner que se encuentran en pequeños sistemas aéreos no tripulados (UAS). Para abordar esta brecha, hemos desarrollado un modelo de transferencia de calor no dimensional (correlación de Nusselt). Experimentos paramétricos de cuatro motores BLDC de diferentes tamaños bajo carga en pruebas de túnel de viento con números de Reynolds coincidentes generaron datos para la correlación del modelo. Las relaciones de aspecto de los motores (diámetro/largo) variaron de 0.9 a 1.5. El número de Reynolds del flujo axial sobre los motores varió de 20,000 a 40,000. El número de Reynolds rotacional varió de 10,000 a 20,000. Los resultados mostraron que la relación de aspecto tuvo la mayor influencia en la transferencia de calor, seguida por los números de Reynolds rotacional y de flujo libre. Un modelo en estado estacionario utilizó la correlación para predecir la diferencia de temperatura ambiental del motor dentro de 10 K de los datos experimentales. Un estudio de caso aplicó la correlación para predecir el par continuo de un motor hipotético en diferentes entornos. La correlación permite a los diseñadores conceptuales capturar compensaciones impulsadas térmicamente en las primeras etapas de diseño y reducir revisiones costosas en etapas posteriores.