Métodos de Modelado y Simulación No Lineales y Variables en el Tiempo para el Acoplamiento Hidrodinámico-Aerodinámico en Escenarios de Vuelo Cercanos a la Superficie
Autores: Wang, Mingzhen; Wu, Guilin; Lv, Hongqiang; Liu, Siyang; Huang, Longtai; He, Naifeng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Métodos de Modelado y Simulación No Lineales y Variables en el Tiempo para el Acoplamiento Hidrodinámico-Aerodinámico en Escenarios de Vuelo Cercanos a la Superficie
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Modelado
Simulación
Hidrodinámico
Aerodinámico
Control
Aeronave
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
Debido al acoplamiento hidrodinámico-aerodinámico irregular, la modelización y simulación del vuelo cerca de la superficie son extremadamente complejas. Para el presente estudio, se estableció un modelo dinámico práctico y un método completo de simulación de movimiento para la solución de tales problemas en aplicaciones de ingeniería. Se empleó un modelo de dinámica no lineal discreta y variable en el tiempo para garantizar la universalidad del método; posteriormente, se establecieron modelos de fuerza, incluyendo modelos de gravedad, aerodinámicos, hidrodinámicos, de control y de empuje. Cabe destacar que se adoptó un enfoque no lineal para el modelo hidrodinámico, que refleja las influencias de las olas en situaciones del mundo real; además, se añadió una ley de control Proporcional-Integral-Derivada (PID) para realizar la simulación en bucle cerrado del movimiento. Considerando un vuelo de despegue como caso de estudio, se simuló un movimiento longitudinal de tres Grados de Libertad (DoF). La velocidad, el ángulo de ataque, la altura y la velocidad angular se seleccionaron como los vectores de estado en las ecuaciones del espacio de estados. Los resultados muestran que, con el estado de equilibrio como la configuración inicial para el movimiento, se pueden obtener curvas de tiempo razonables de toda la fase de despegue utilizando el enfoque propuesto. Además, es aplicable de manera universal para aeronaves que operan bajo escenarios de acoplamiento hidrodinámico-aerodinámico, incluyendo aeronaves anfibias, hidroaviones, aeronaves de Efecto Suelo (WIGE) y Vehículos Aéreos-Hidrodinámicos Híbridos (HAUVs).
Descripción
Debido al acoplamiento hidrodinámico-aerodinámico irregular, la modelización y simulación del vuelo cerca de la superficie son extremadamente complejas. Para el presente estudio, se estableció un modelo dinámico práctico y un método completo de simulación de movimiento para la solución de tales problemas en aplicaciones de ingeniería. Se empleó un modelo de dinámica no lineal discreta y variable en el tiempo para garantizar la universalidad del método; posteriormente, se establecieron modelos de fuerza, incluyendo modelos de gravedad, aerodinámicos, hidrodinámicos, de control y de empuje. Cabe destacar que se adoptó un enfoque no lineal para el modelo hidrodinámico, que refleja las influencias de las olas en situaciones del mundo real; además, se añadió una ley de control Proporcional-Integral-Derivada (PID) para realizar la simulación en bucle cerrado del movimiento. Considerando un vuelo de despegue como caso de estudio, se simuló un movimiento longitudinal de tres Grados de Libertad (DoF). La velocidad, el ángulo de ataque, la altura y la velocidad angular se seleccionaron como los vectores de estado en las ecuaciones del espacio de estados. Los resultados muestran que, con el estado de equilibrio como la configuración inicial para el movimiento, se pueden obtener curvas de tiempo razonables de toda la fase de despegue utilizando el enfoque propuesto. Además, es aplicable de manera universal para aeronaves que operan bajo escenarios de acoplamiento hidrodinámico-aerodinámico, incluyendo aeronaves anfibias, hidroaviones, aeronaves de Efecto Suelo (WIGE) y Vehículos Aéreos-Hidrodinámicos Híbridos (HAUVs).