Características del Momento de Bisagra Aerodinámico del Mecanismo Regulador de Pitch para Rotorcraft de Marte: Investigación y Experimentos
Autores: Meng, Qingkai; Hu, Yu; Wei, Wei; Yao, Zhaopu; Ke, Zhifang; Zhang, Haitao; Zhao, Molei; Yan, Qingdong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Características del Momento de Bisagra Aerodinámico del Mecanismo Regulador de Pitch para Rotorcraft de Marte: Investigación y Experimentos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Regulación
Momento de bisagra
ángulo de cabeceo
Carga aerodinámica
Mecanismo regulado por cabeceo
Rotorcraft de Marte
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La regulación precisa del momento de bisagra y el ángulo de inclinación impulsados por el mecanismo regulado por inclinación es crucial para modular los requisitos de empuje y garantizar un control de actitud estable en los rotorcraft coaxiales marcianos. No obstante, el momento de bisagra aerodinámico en los rotorcraft presenta propiedades dinámicas dependientes del tiempo, lo que plantea desafíos significativos para la medición y evaluación precisas de tales características. En este estudio, profundizamos en las características detalladas del momento de bisagra aerodinámico asociadas con el mecanismo regulado por inclinación de los rotorcraft de Marte bajo una variedad de estrategias de control. Se desarrolló un robusto modelo de dinámica de fluidos computacional para simular las cargas aerodinámicas del rotor, acompañado de una caracterización cuantitativa del momento de bisagra que tiene en cuenta los efectos de las velocidades de rotor variables y los ángulos de inclinación. Nuestra investigación arrojó una comprensión exhaustiva de la interacción entre el comportamiento de la carga aerodinámica y las distribuciones de presión en la superficie del rotor, lo que llevó a la creación de un modelo de mapeo empírico para los momentos de bisagra. Para validar nuestros hallazgos, diseñamos un aparato de prueba especializado capaz de medir los momentos de bisagra del mecanismo regulado por inclinación, facilitando evaluaciones empíricas bajo condiciones atmosféricas replicadas tanto de la Tierra como de Marte. El resultado indica que los momentos de bisagra aerodinámicos dependen de manera no lineal de la velocidad de rotación, alcanzando su punto máximo a un ángulo de inclinación de 0 grados y mostrando una sensibilidad mínima a la inclinación por debajo de 0 grados. Por encima de 0 grados, los momentos de bisagra disminuyen, alcanzando un mínimo a 15 grados antes de volver a aumentar. Las comparaciones entre simulaciones y experimentos demuestran que bajo condiciones de la Tierra, el rendimiento aerodinámico y los errores del momento de bisagra están dentro del 8.54% y 24.90%, respectivamente. Para las condiciones de Marte, los errores se mantienen por debajo del 11.62%, lo que prueba la fiabilidad del modelo CFD. Esto apoya su aplicación en el diseño y optimización de sistemas de rotorcraft de Marte, mejorando su control de vuelo a través de la predicción precisa de momentos de bisagra aerodinámicos en varios ángulos de inclinación y velocidades.
Descripción
La regulación precisa del momento de bisagra y el ángulo de inclinación impulsados por el mecanismo regulado por inclinación es crucial para modular los requisitos de empuje y garantizar un control de actitud estable en los rotorcraft coaxiales marcianos. No obstante, el momento de bisagra aerodinámico en los rotorcraft presenta propiedades dinámicas dependientes del tiempo, lo que plantea desafíos significativos para la medición y evaluación precisas de tales características. En este estudio, profundizamos en las características detalladas del momento de bisagra aerodinámico asociadas con el mecanismo regulado por inclinación de los rotorcraft de Marte bajo una variedad de estrategias de control. Se desarrolló un robusto modelo de dinámica de fluidos computacional para simular las cargas aerodinámicas del rotor, acompañado de una caracterización cuantitativa del momento de bisagra que tiene en cuenta los efectos de las velocidades de rotor variables y los ángulos de inclinación. Nuestra investigación arrojó una comprensión exhaustiva de la interacción entre el comportamiento de la carga aerodinámica y las distribuciones de presión en la superficie del rotor, lo que llevó a la creación de un modelo de mapeo empírico para los momentos de bisagra. Para validar nuestros hallazgos, diseñamos un aparato de prueba especializado capaz de medir los momentos de bisagra del mecanismo regulado por inclinación, facilitando evaluaciones empíricas bajo condiciones atmosféricas replicadas tanto de la Tierra como de Marte. El resultado indica que los momentos de bisagra aerodinámicos dependen de manera no lineal de la velocidad de rotación, alcanzando su punto máximo a un ángulo de inclinación de 0 grados y mostrando una sensibilidad mínima a la inclinación por debajo de 0 grados. Por encima de 0 grados, los momentos de bisagra disminuyen, alcanzando un mínimo a 15 grados antes de volver a aumentar. Las comparaciones entre simulaciones y experimentos demuestran que bajo condiciones de la Tierra, el rendimiento aerodinámico y los errores del momento de bisagra están dentro del 8.54% y 24.90%, respectivamente. Para las condiciones de Marte, los errores se mantienen por debajo del 11.62%, lo que prueba la fiabilidad del modelo CFD. Esto apoya su aplicación en el diseño y optimización de sistemas de rotorcraft de Marte, mejorando su control de vuelo a través de la predicción precisa de momentos de bisagra aerodinámicos en varios ángulos de inclinación y velocidades.