Investigación sobre la Reconfiguración Dinámica del Centro de Masa para la Mejora del Rendimiento de UAV Basada en Simulaciones y Experimentos
Autores: Ahmed, Anas; Tong, Guangjin; Xu, Jing
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Investigación sobre la Reconfiguración Dinámica del Centro de Masa para la Mejora del Rendimiento de UAV Basada en Simulaciones y Experimentos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Fallo de propulsión
Desafío de estabilidad
Dispositivo de corrección del centro de masa
Torques gravitacionales
Unidad de medida inercial
Estabilización de cabeceo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La estabilidad de los vehículos aéreos no tripulados (VANT) durante fallos de propulsión sigue siendo un desafío crítico de seguridad. Este estudio presenta un dispositivo de corrección del centro de masa (CoM), un escenario prismático compacto, colgado por debajo y de doble eje, que puede reposicionar una masa de desplazamiento dedicada dentro del marco del VANT para generar torques gravitacionales estabilizadores mediante la retroalimentación de bucle cerrado de la unidad de medida inercial (IMU). Se llevaron a cabo dos experimentos principales para evaluar la viabilidad del sistema. En una prueba de inclinación controlada con cargas útiles variables, el dispositivo produjo un torque correctivo de hasta 1.2375 N·m, reduciendo las desviaciones máximas de inclinación de casi 90 grados sin el dispositivo a menos de 5 grados con él. En una simulación de caída libre dinámica, el VANT base mostró un rápido giro y impactos invertidos, mientras que con el sistema CoM activado, el VANT mantuvo una actitud casi nivelada para lograr la recuperación vertical y redujo significativamente el estrés estructural antes del contacto con el suelo. El dispositivo CoM, como estabilizador de seguridad, también puede mejorar la maniobrabilidad al aumentar la autoridad de control, permitir una respuesta de velocidad más rápida y un frenado en el aire más eficiente sin depender del empuje del rotor, y lograr un ahorro energético integral, de aproximadamente el 7% del presupuesto total de energía. En resumen, los resultados de estabilización de inclinación y caída libre muestran que el dispositivo CoM puede funcionar como un camino práctico hacia plataformas de VANT más seguras, ágiles y eficientes en energía para aplicaciones civiles, industriales y de defensa.
Descripción
La estabilidad de los vehículos aéreos no tripulados (VANT) durante fallos de propulsión sigue siendo un desafío crítico de seguridad. Este estudio presenta un dispositivo de corrección del centro de masa (CoM), un escenario prismático compacto, colgado por debajo y de doble eje, que puede reposicionar una masa de desplazamiento dedicada dentro del marco del VANT para generar torques gravitacionales estabilizadores mediante la retroalimentación de bucle cerrado de la unidad de medida inercial (IMU). Se llevaron a cabo dos experimentos principales para evaluar la viabilidad del sistema. En una prueba de inclinación controlada con cargas útiles variables, el dispositivo produjo un torque correctivo de hasta 1.2375 N·m, reduciendo las desviaciones máximas de inclinación de casi 90 grados sin el dispositivo a menos de 5 grados con él. En una simulación de caída libre dinámica, el VANT base mostró un rápido giro y impactos invertidos, mientras que con el sistema CoM activado, el VANT mantuvo una actitud casi nivelada para lograr la recuperación vertical y redujo significativamente el estrés estructural antes del contacto con el suelo. El dispositivo CoM, como estabilizador de seguridad, también puede mejorar la maniobrabilidad al aumentar la autoridad de control, permitir una respuesta de velocidad más rápida y un frenado en el aire más eficiente sin depender del empuje del rotor, y lograr un ahorro energético integral, de aproximadamente el 7% del presupuesto total de energía. En resumen, los resultados de estabilización de inclinación y caída libre muestran que el dispositivo CoM puede funcionar como un camino práctico hacia plataformas de VANT más seguras, ágiles y eficientes en energía para aplicaciones civiles, industriales y de defensa.