Evaluación de Modelos de Viento Urbano de Orden Reducido para Simular la Dinámica de Vuelo de Aeronaves de Movilidad Aérea Avanzada
Autores: Krawczyk, Zack; Vuppala, Rohit K. S. S.; Paul, Ryan; Kara, Kursat
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Evaluación de Modelos de Viento Urbano de Orden Reducido para Simular la Dinámica de Vuelo de Aeronaves de Movilidad Aérea Avanzada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Movilidad aérea urbana
Campo de viento
Modelos de orden reducido
Saturación de control
Entorno de simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Las plataformas de Movilidad Aérea Avanzada (AAM) están listas para comenzar operaciones de alta densidad en áreas urbanas en todo el país. Esta nueva categoría de plataformas de aviación abarca una amplia gama de tamaños, desde drones de entrega de paquetes pequeños hasta vehículos que transportan pasajeros. A diferencia de las aeronaves tradicionales, los vehículos AAM operan dentro de la capa límite urbana, donde grandes estructuras, como edificios, interrumpen el flujo. Este estudio examina la respuesta de un dron de entrega de paquetes, una aeronave de aviación general y una aeronave de movilidad aérea urbana que transporta pasajeros a través de un campo de viento urbano generado utilizando Simulaciones de Grandes Remolinos (LES). Dado que es complicado simular la dinámica de vuelo en tiempo real utilizando la solución de orden completo, se crean modelos de viento de orden reducido. Comparar trayectorias para cada plataforma de aeronave utilizando soluciones de orden completo o de orden reducido revela poca diferencia; las representaciones de viento de orden reducido parecen ser suficientes para replicar trayectorias siempre que se represente el campo de viento espaciotemporal. Sin embargo, examinar las estadísticas de uso del control y las historias de tiempo crea una diferencia marcada entre los campos de viento, especialmente para el dron de entrega de paquetes con menor carga alar, donde se encontró saturación del control. Las ocurrencias de saturación del control fueron inconsistentes entre los vientos de orden completo y de orden reducido, lo que aconseja precaución al usar modelos de orden reducido para aeronaves con carga alar ligera. Los resultados presentados demuestran la efectividad de utilizar un entorno de simulación para evaluar modelos de orden reducido al comparar directamente sus trayectorias y métricas de actividad de control con el modelo de orden completo. Esta evaluación proporciona a los diseñadores valiosos conocimientos para tomar decisiones informadas sobre sistemas de rechazo de perturbaciones. Además, los resultados indican que utilizar soluciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) para representar campos de viento urbanos es inapropiado. Se observó que las trayectorias del campo de viento medio caen fuera de los intervalos de confianza del 95%, un hallazgo consistente con la investigación previa de los autores.
Descripción
Las plataformas de Movilidad Aérea Avanzada (AAM) están listas para comenzar operaciones de alta densidad en áreas urbanas en todo el país. Esta nueva categoría de plataformas de aviación abarca una amplia gama de tamaños, desde drones de entrega de paquetes pequeños hasta vehículos que transportan pasajeros. A diferencia de las aeronaves tradicionales, los vehículos AAM operan dentro de la capa límite urbana, donde grandes estructuras, como edificios, interrumpen el flujo. Este estudio examina la respuesta de un dron de entrega de paquetes, una aeronave de aviación general y una aeronave de movilidad aérea urbana que transporta pasajeros a través de un campo de viento urbano generado utilizando Simulaciones de Grandes Remolinos (LES). Dado que es complicado simular la dinámica de vuelo en tiempo real utilizando la solución de orden completo, se crean modelos de viento de orden reducido. Comparar trayectorias para cada plataforma de aeronave utilizando soluciones de orden completo o de orden reducido revela poca diferencia; las representaciones de viento de orden reducido parecen ser suficientes para replicar trayectorias siempre que se represente el campo de viento espaciotemporal. Sin embargo, examinar las estadísticas de uso del control y las historias de tiempo crea una diferencia marcada entre los campos de viento, especialmente para el dron de entrega de paquetes con menor carga alar, donde se encontró saturación del control. Las ocurrencias de saturación del control fueron inconsistentes entre los vientos de orden completo y de orden reducido, lo que aconseja precaución al usar modelos de orden reducido para aeronaves con carga alar ligera. Los resultados presentados demuestran la efectividad de utilizar un entorno de simulación para evaluar modelos de orden reducido al comparar directamente sus trayectorias y métricas de actividad de control con el modelo de orden completo. Esta evaluación proporciona a los diseñadores valiosos conocimientos para tomar decisiones informadas sobre sistemas de rechazo de perturbaciones. Además, los resultados indican que utilizar soluciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) para representar campos de viento urbanos es inapropiado. Se observó que las trayectorias del campo de viento medio caen fuera de los intervalos de confianza del 95%, un hallazgo consistente con la investigación previa de los autores.