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Investigación Numérica de la Perturbación del Campo de Viento Alrededor de Vehículos Aéreos No Tripulados de Rotorcraft Pequeños

Autores: Page, Garrison C.; Bailey, Sean C. C.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Investigación Numérica de la Perturbación del Campo de Viento Alrededor de Vehículos Aéreos No Tripulados de Rotorcraft Pequeños


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Mediciones de viento precisas
Aeronaves de rotor
UAVs
Flujo perturbado
Colocación de sensores

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las mediciones de viento in situ precisas desde vehículos aéreos no tripulados (UAV) de rotor pueden verse afectadas por el flujo perturbado generado por los rotores. Sin embargo, la magnitud de esta perturbación depende del modo de vuelo, el viento ambiental y la configuración del vehículo, lo que hace que la colocación óptima de los sensores o la elaboración de correcciones adecuadas no sea trivial. Este estudio utiliza simulaciones de Navier-Stokes (RANS) promediadas en estado estacionario con un modelo de disco actuador para caracterizar el campo de flujo alrededor de UAV representativos como quadcopter, hexacopter y octocopter en condiciones que representan el vuelo en estacionario, ascenso y descenso, para diferentes empujes, y con y sin viento cruzado de diferente magnitud. Los resultados muestran que el tamaño y la forma del campo de perturbación varían fuertemente con el modo de vuelo, siendo el descenso el que produce la mayor región de aire perturbado alrededor del vehículo y el ascenso el más pequeño. Los vientos cruzados advectan y distorsionan la región de perturbación y reducen su extensión vertical al barrer el lavado del rotor río abajo. Se encontró que la geometría del campo de perturbación se escala principalmente con el tamaño total de la aeronave y es en gran medida independiente de la configuración del rotor. Se encontró que el efecto de variar el empuje del rotor se escala aproximadamente utilizando una escala de longitud basada en la tasa de flujo volumétrico de aire a través del plano del rotor. Basado en estos resultados, para mantener los errores de medición por debajo de 0.5 m/s, se recomiendan ubicaciones de anemómetros al menos a 2.5 radios de la aeronave del eje central del UAV en condiciones de vuelo en estacionario cuando el peso de la aeronave en relación con el área barrida por los rotores está cerca de 10 kg por metro cuadrado. Se espera que esta distancia recomendada se escale linealmente con esta relación y se reduzca en condiciones de viento cruzado o cuando se realicen mediciones durante el ascenso.

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