Diseño Conceptual y Optimización de Aeronaves de Aviación General con Propulsión Eléctrica Distribuida
Autores: Wu, Jiang; Gao, Feng; Li, Shengwen; Yang, Fengtian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño Conceptual y Optimización de Aeronaves de Aviación General con Propulsión Eléctrica Distribuida
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Hélices
Ala
Aerodinámica
Optimización
Aeronaves DEP
Alcance
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
La interacción entre el flujo de aire de las hélices y el ala de una aeronave con propulsión eléctrica distribuida (DEP) podría beneficiar la aerodinámica. Se lleva a cabo un diseño conceptual y optimización con el fin de aumentar el alcance de una aeronave eléctrica de aviación general sin afectar su velocidad de despegue y aterrizaje en la misma condición de fuselaje. Las hélices se modelan utilizando la teoría del disco actuador (AD), y la aeronave se modela utilizando el método de malla de vórtices (VLM) para obtener la aerodinámica de las aeronaves DEP en el diseño conceptual. Se utiliza el método DIRECT para la optimización global. Para concentrarse en la disposición de las hélices y el ala, se selecciona una hélice con la misma distribución de cuerda, distribución de torsión y número de palas. El diseño y la optimización del alcance de las aeronaves DEP se llevan a cabo con el objetivo de lograr el máximo producto de la relación de sustentación-resistencia con la eficiencia de la hélice bajo restricciones de equilibrio de fuerzas. Además, para disminuir la distancia de despegue y aterrizaje, se optimiza el rendimiento de despegue y aterrizaje de las aeronaves DEP con el objetivo de la menor velocidad en un ángulo cercano al ángulo de cola hacia abajo bajo las restricciones de aceleración mayor que 0 y un número de Mach en la punta de las palas menor que 0.7. Se utilizó la simulación CFD para confirmar la aerodinámica bastante precisa de las aeronaves DEP. En comparación con la aeronave de referencia, la aeronave DEP mejorada con 10 hélices de alto levantamiento en el borde de ataque del ala y 2 hélices en las puntas de las alas puede aumentar el rendimiento de crucero en un 6% mientras mantiene la velocidad de despegue y aterrizaje. Además, se ha demostrado que la velocidad de pérdida de las aeronaves DEP con alas más pequeñas aumentaría proporcionalmente en comparación con las aeronaves de diseño convencional, y la necesidad de potencia de las aeronaves DEP aumentará como resultado de la operación de hélices de alto levantamiento. El diseño conceptual y el enfoque óptimo sugerido en este trabajo tiene un cierto valor de referencia para el diseño y la investigación de aeronaves de aviación general DEP de ala fija.
Descripción
La interacción entre el flujo de aire de las hélices y el ala de una aeronave con propulsión eléctrica distribuida (DEP) podría beneficiar la aerodinámica. Se lleva a cabo un diseño conceptual y optimización con el fin de aumentar el alcance de una aeronave eléctrica de aviación general sin afectar su velocidad de despegue y aterrizaje en la misma condición de fuselaje. Las hélices se modelan utilizando la teoría del disco actuador (AD), y la aeronave se modela utilizando el método de malla de vórtices (VLM) para obtener la aerodinámica de las aeronaves DEP en el diseño conceptual. Se utiliza el método DIRECT para la optimización global. Para concentrarse en la disposición de las hélices y el ala, se selecciona una hélice con la misma distribución de cuerda, distribución de torsión y número de palas. El diseño y la optimización del alcance de las aeronaves DEP se llevan a cabo con el objetivo de lograr el máximo producto de la relación de sustentación-resistencia con la eficiencia de la hélice bajo restricciones de equilibrio de fuerzas. Además, para disminuir la distancia de despegue y aterrizaje, se optimiza el rendimiento de despegue y aterrizaje de las aeronaves DEP con el objetivo de la menor velocidad en un ángulo cercano al ángulo de cola hacia abajo bajo las restricciones de aceleración mayor que 0 y un número de Mach en la punta de las palas menor que 0.7. Se utilizó la simulación CFD para confirmar la aerodinámica bastante precisa de las aeronaves DEP. En comparación con la aeronave de referencia, la aeronave DEP mejorada con 10 hélices de alto levantamiento en el borde de ataque del ala y 2 hélices en las puntas de las alas puede aumentar el rendimiento de crucero en un 6% mientras mantiene la velocidad de despegue y aterrizaje. Además, se ha demostrado que la velocidad de pérdida de las aeronaves DEP con alas más pequeñas aumentaría proporcionalmente en comparación con las aeronaves de diseño convencional, y la necesidad de potencia de las aeronaves DEP aumentará como resultado de la operación de hélices de alto levantamiento. El diseño conceptual y el enfoque óptimo sugerido en este trabajo tiene un cierto valor de referencia para el diseño y la investigación de aeronaves de aviación general DEP de ala fija.