Hacia operaciones más seguras de UAV en la movilidad aérea urbana: modelado automatizado en 3D para sistemas de microclima basados en CFD
Autores: Aldao, Enrique; Veiga-Piñeiro, Gonzalo; Domínguez-Estévez, Pablo; Martín, Elena; Veiga-López, Fernando; Fontenla-Carrera, Gabriel; González-Jorge, Higinio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Hacia operaciones más seguras de UAV en la movilidad aérea urbana: modelado automatizado en 3D para sistemas de microclima basados en CFD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Turbulencia
Ráfagas de viento
UAVs
Dinámica del viento
Dinámica de Fluidos Computacional
Generación de mallas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La turbulencia y las ráfagas de viento representan riesgos significativos para la seguridad y eficiencia de los UAV (vehículos aéreos no tripulados) en entornos urbanos. En estos escenarios, la dinámica del viento está fuertemente influenciada por las interacciones con edificios y el terreno, dando lugar a fenómenos a pequeña escala como la separación de vórtices y las ráfagas. Estas oscilaciones de velocidad del viento generan fuerzas inestables que pueden desestabilizar el vuelo de los UAV, particularmente para vehículos pequeños. Además, predecir su formación requiere modelos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de alta resolución, ya que las herramientas actuales de pronóstico meteorológico carecen de la resolución necesaria para capturar estos fenómenos. Sin embargo, dichos modelos requieren representaciones 3D de las áreas de estudio con alta consistencia y detalle geométrico, que no están disponibles para la mayoría de las ciudades. Para abordar este problema, este trabajo presenta una metodología automatizada para la generación de mallas CFD urbanas utilizando datos de código abierto. El método propuesto genera mallas sin errores compatibles con OpenFOAM e incluye herramientas para la modificación de geometría, mejorando la convergencia del solucionador y permitiendo ajustes en la complejidad de la malla según los recursos computacionales. Utilizando este enfoque, se realizan simulaciones CFD para la ciudad de Ourense, seguidas de un análisis de su impacto en las operaciones de los UAV y la integración del sistema en un marco de optimización de trayectorias. El modelo CFD también se valida utilizando mediciones experimentales de anemómetros.
Descripción
La turbulencia y las ráfagas de viento representan riesgos significativos para la seguridad y eficiencia de los UAV (vehículos aéreos no tripulados) en entornos urbanos. En estos escenarios, la dinámica del viento está fuertemente influenciada por las interacciones con edificios y el terreno, dando lugar a fenómenos a pequeña escala como la separación de vórtices y las ráfagas. Estas oscilaciones de velocidad del viento generan fuerzas inestables que pueden desestabilizar el vuelo de los UAV, particularmente para vehículos pequeños. Además, predecir su formación requiere modelos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de alta resolución, ya que las herramientas actuales de pronóstico meteorológico carecen de la resolución necesaria para capturar estos fenómenos. Sin embargo, dichos modelos requieren representaciones 3D de las áreas de estudio con alta consistencia y detalle geométrico, que no están disponibles para la mayoría de las ciudades. Para abordar este problema, este trabajo presenta una metodología automatizada para la generación de mallas CFD urbanas utilizando datos de código abierto. El método propuesto genera mallas sin errores compatibles con OpenFOAM e incluye herramientas para la modificación de geometría, mejorando la convergencia del solucionador y permitiendo ajustes en la complejidad de la malla según los recursos computacionales. Utilizando este enfoque, se realizan simulaciones CFD para la ciudad de Ourense, seguidas de un análisis de su impacto en las operaciones de los UAV y la integración del sistema en un marco de optimización de trayectorias. El modelo CFD también se valida utilizando mediciones experimentales de anemómetros.