Una Metodología Robusta de Optimización del Diseño Aerodinámico para Alas de UAV Basada en un Modelo Sustituto Estocástico y el Algoritmo PPO-Clip
Autores: Wang, Yiyu; Huo, Yuxin; Zhong, Zhilong; Ji, Renxing; Chen, Yang; Wang, Bo; Ma, Xiaoping
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Una Metodología Robusta de Optimización del Diseño Aerodinámico para Alas de UAV Basada en un Modelo Sustituto Estocástico y el Algoritmo PPO-Clip
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Meteorología
Logística
Optimización robusta del diseño aerodinámico
Kriging estocástico
Aprendizaje por refuerzo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) se utilizan ampliamente en meteorología y logística debido a sus ventajas únicas en la actualidad. Durante su ciclo de vida, las incertidumbres, como las variaciones en las condiciones de vuelo, pueden afectar significativamente tanto el diseño como el rendimiento, lo que hace que la Optimización de Diseño Aerodinámico Robusto (RADO) sea esencial. Sin embargo, las metodologías RADO existentes enfrentan altos costos computacionales en el análisis de incertidumbre y la ineficiencia de los algoritmos de optimización convencionales. Para abordar estos desafíos, este artículo propuso una nueva metodología RADO que integra un modelo sustituto de Kriging Estocástico (SK) con el algoritmo de aprendizaje por refuerzo PPO-Clip, dirigido a las incertidumbres atmosféricas que enfrentan los VANT propulsados por turbojet en crucero transónico. El modelo sustituto SK, construido a través de muestreo de hipercubo latino Maximin y refinado utilizando el criterio de mejora esperada, permitió una cuantificación eficiente de la incertidumbre. Basado en el modelo sustituto entrenado, se estableció un marco RADO basado en PPO-Clip con funciones de recompensa y transición de estado personalizadas. Aplicada al perfil aerodinámico RAE2822 bajo perturbaciones del número de Mach, la metodología demostró una superior fiabilidad y eficiencia en comparación con los algoritmos L-BFGS-B y PSO.
Descripción
Los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) se utilizan ampliamente en meteorología y logística debido a sus ventajas únicas en la actualidad. Durante su ciclo de vida, las incertidumbres, como las variaciones en las condiciones de vuelo, pueden afectar significativamente tanto el diseño como el rendimiento, lo que hace que la Optimización de Diseño Aerodinámico Robusto (RADO) sea esencial. Sin embargo, las metodologías RADO existentes enfrentan altos costos computacionales en el análisis de incertidumbre y la ineficiencia de los algoritmos de optimización convencionales. Para abordar estos desafíos, este artículo propuso una nueva metodología RADO que integra un modelo sustituto de Kriging Estocástico (SK) con el algoritmo de aprendizaje por refuerzo PPO-Clip, dirigido a las incertidumbres atmosféricas que enfrentan los VANT propulsados por turbojet en crucero transónico. El modelo sustituto SK, construido a través de muestreo de hipercubo latino Maximin y refinado utilizando el criterio de mejora esperada, permitió una cuantificación eficiente de la incertidumbre. Basado en el modelo sustituto entrenado, se estableció un marco RADO basado en PPO-Clip con funciones de recompensa y transición de estado personalizadas. Aplicada al perfil aerodinámico RAE2822 bajo perturbaciones del número de Mach, la metodología demostró una superior fiabilidad y eficiencia en comparación con los algoritmos L-BFGS-B y PSO.