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Estudio Numérico sobre las Características Aerodinámicas del Sistema de Ventilador de Doble Conducto para UAVs Bajo los Efectos Acoplados de la Distancia al Suelo y la Separación del Conducto

Autores: Zhao, Shuwen; Zhao, Heming; Peng, Zhiling; Wang, Jun; Xie, Fei; Guo, Xiaoyu

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2026

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Acceso abierto

Artículo científico
2026

Estudio Numérico sobre las Características Aerodinámicas del Sistema de Ventilador de Doble Conducto para UAVs Bajo los Efectos Acoplados de la Distancia al Suelo y la Separación del Conducto


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Ventiladores ductados
Rendimiento aerodinámico
Distancia al suelo
Espacio del conducto
Empuje
UAVs

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Debido a su bajo ruido y alta eficiencia, los ventiladores ductados se utilizan extensamente en vehículos aéreos no tripulados (UAV). Como unidades centrales de elevación y propulsión, el rendimiento aerodinámico de los ventiladores de doble ducto determina críticamente la eficiencia de propulsión y la estabilidad de vuelo. Sin embargo, al operar cerca del suelo, las variaciones en la distancia al suelo y el espacio entre los ductos interrumpen los campos de flujo aislados, introduciendo el efecto suelo y el acoplamiento aerodinámico que representan riesgos significativos para la estabilidad. Para abordar esto, desarrollamos un modelo numérico de alta fidelidad utilizando el enfoque de Navier-Stokes promediado en el tiempo con tecnología de malla deslizante y el modelo de turbulencia k- de transporte de tensión cortante. Este estudio revela las características aerodinámicas macroscópicas de los ventiladores de doble ducto como funciones de la distancia al suelo y el espacio entre ductos, y aclara los mecanismos de flujo subyacentes. Los resultados de la investigación indican que el rendimiento de un ventilador de un solo ducto es altamente sensible a la distancia al suelo: se produce un umbral crítico de empuje cuando la distancia al suelo (h) en la salida del ducto es 0.75 veces el diámetro del disco del rotor (D). En condiciones libres de efecto suelo, el espacio entre los ductos dominan el patrón de interferencia aerodinámica: el empuje total del sistema alcanza su valor máximo cuando la separación mínima entre los bordes exteriores de los dos ductos es 6 veces el radio del disco del rotor. El efecto de acoplamiento de la distancia al suelo y el espacio entre ductos exhibe características no lineales significativas: el empuje primero disminuye y luego aumenta con el aumento de la distancia al suelo, y el rango sensible de variación del espacio es h/D=0.5-1.0. Estos hallazgos son cruciales para optimizar el diseño de UAV ductados y mejorar el control de vuelo de los UAV para garantizar una operación segura y eficiente en condiciones cercanas al suelo.

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