Modelos de Eficiencia de Tren de Potencia Eléctrico Validados por Vuelo para UAS Pequeños
Autores: Saemi, Farid; Benedict, Moble
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelos de Eficiencia de Tren de Potencia Eléctrico Validados por Vuelo para UAS Pequeños
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Pérdidas eléctricas
Sistemas aéreos no tripulados pequeños a batería
Requisitos de energía
Peso de la batería
Modelos de tren motriz
Eficiencia del motor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Minimizar las pérdidas eléctricas es fundamental para el éxito de los sistemas aéreos no tripulados pequeños (SUAS) alimentados por baterías que pesan menos de 25 kgf (55 lb). Las pérdidas aumentan los requisitos de energía y peso de la batería, lo que obstaculiza el alcance y la resistencia del vehículo. Sin embargo, los ingenieros no tienen modelos apropiados para estimar las pérdidas de un motor, controlador de motor o batería. La literatura aeroespacial a menudo asume una eficiencia eléctrica ideal o describe enfoques de modelado que son más adecuados para ingenieros de control. La literatura eléctrica describe herramientas de diseño detalladas que están dirigidas al diseñador de motores. Desarrollamos modelos de tren motriz de SUAS dirigidos a diseñadores de vehículos e ingenieros de sistemas. Los modelos analíticos predicen las pérdidas de cada componente utilizando especificaciones de alto nivel publicadas en las hojas de datos de los componentes de SUAS. Validamos los modelos contra estudios experimentales paramétricos que involucraban datos de vuelo de tren motriz novedosos de un cuadricóptero especialmente instrumentado. Dado el par y la velocidad de la hélice, nuestros modelos integrados predijeron el voltaje de la batería de un cuadricóptero dentro del 5% de los datos experimentales para una misión de más de 5 minutos a pesar de errores de eficiencia del motor y del controlador de hasta el 10%. Los modelos pueden reducir los costos de desarrollo y los plazos para diferentes partes interesadas. Los usuarios pueden evaluar configuraciones de tren motriz hipotéticas o existentes a lo largo de misiones completas sin probar ningún hardware físico.
Descripción
Minimizar las pérdidas eléctricas es fundamental para el éxito de los sistemas aéreos no tripulados pequeños (SUAS) alimentados por baterías que pesan menos de 25 kgf (55 lb). Las pérdidas aumentan los requisitos de energía y peso de la batería, lo que obstaculiza el alcance y la resistencia del vehículo. Sin embargo, los ingenieros no tienen modelos apropiados para estimar las pérdidas de un motor, controlador de motor o batería. La literatura aeroespacial a menudo asume una eficiencia eléctrica ideal o describe enfoques de modelado que son más adecuados para ingenieros de control. La literatura eléctrica describe herramientas de diseño detalladas que están dirigidas al diseñador de motores. Desarrollamos modelos de tren motriz de SUAS dirigidos a diseñadores de vehículos e ingenieros de sistemas. Los modelos analíticos predicen las pérdidas de cada componente utilizando especificaciones de alto nivel publicadas en las hojas de datos de los componentes de SUAS. Validamos los modelos contra estudios experimentales paramétricos que involucraban datos de vuelo de tren motriz novedosos de un cuadricóptero especialmente instrumentado. Dado el par y la velocidad de la hélice, nuestros modelos integrados predijeron el voltaje de la batería de un cuadricóptero dentro del 5% de los datos experimentales para una misión de más de 5 minutos a pesar de errores de eficiencia del motor y del controlador de hasta el 10%. Los modelos pueden reducir los costos de desarrollo y los plazos para diferentes partes interesadas. Los usuarios pueden evaluar configuraciones de tren motriz hipotéticas o existentes a lo largo de misiones completas sin probar ningún hardware físico.