Modelado de Peso Inicial y Optimización de Parámetros para Aeronaves Híbridas de Rotor Coleccionable en la Etapa de Diseño Conceptual
Autores: Yang, Menglin; Wan, Zhiqiang; Yan, De; Chen, Jingwei; Dong, Ruihan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Modelado de Peso Inicial y Optimización de Parámetros para Aeronaves Híbridas de Rotor Coleccionable en la Etapa de Diseño Conceptual
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Coleccionable
Aeronave híbrida de rotor
VTOL
Aeronave no tripulada
Estimación de peso
Parámetros clave de diseño
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Un avión híbrido de rotor coleccionable (CRHA) representa un nuevo tipo de configuración de aeronave no tripulada de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), que combina los sistemas de rotor y transmisión típicos de los helicópteros con los sistemas de ala y propulsión de las aeronaves de ala fija. La estimación de peso y el diseño de parámetros durante la etapa de diseño conceptual no pueden utilizar directamente los métodos existentes de aeronaves de rotor o de ala fija. Este documento presenta un enfoque rápido para el dimensionamiento de parámetros clave de diseño y la estimación del peso máximo de despegue (MTOW) adaptado al CRHA, específicamente enfocado en la clase de MTOW de 5-8 toneladas métricas (t). Los modelos de peso de los componentes se formulan primero como funciones explícitas de los parámetros clave de diseño, incluyendo la carga del disco del rotor, la carga de potencia y la carga del ala. Las fracciones de peso de combustible específicas para segmentos de vuelo VTOL y de transición se actualizan a partir de cálculos de potencia, lo que da como resultado un modelo completo de combustible de misión para esta clase de peso. Se construye un marco de optimización híbrido que minimiza el MTOW tratando los parámetros clave de diseño como variables de diseño y combinando un algoritmo genético (GA) con programación cuadrática secuencial (SQP). El modelo de peso vacío, el modelo de peso de combustible y el marco de optimización se validan contra referencias de helicópteros compuestos, rotores inclinables y turbohélices gemelas, y se evalúan las sensibilidades de los parámetros a nivel local y global. Los resultados muestran errores de predicción de aproximadamente el 10% para el peso vacío, el peso de combustible y el MTOW. El análisis de sensibilidad indica que en el punto de diseño base, la carga del ala ejerce la mayor influencia en el MTOW, seguida de la carga de potencia y la carga del disco.
Descripción
Un avión híbrido de rotor coleccionable (CRHA) representa un nuevo tipo de configuración de aeronave no tripulada de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), que combina los sistemas de rotor y transmisión típicos de los helicópteros con los sistemas de ala y propulsión de las aeronaves de ala fija. La estimación de peso y el diseño de parámetros durante la etapa de diseño conceptual no pueden utilizar directamente los métodos existentes de aeronaves de rotor o de ala fija. Este documento presenta un enfoque rápido para el dimensionamiento de parámetros clave de diseño y la estimación del peso máximo de despegue (MTOW) adaptado al CRHA, específicamente enfocado en la clase de MTOW de 5-8 toneladas métricas (t). Los modelos de peso de los componentes se formulan primero como funciones explícitas de los parámetros clave de diseño, incluyendo la carga del disco del rotor, la carga de potencia y la carga del ala. Las fracciones de peso de combustible específicas para segmentos de vuelo VTOL y de transición se actualizan a partir de cálculos de potencia, lo que da como resultado un modelo completo de combustible de misión para esta clase de peso. Se construye un marco de optimización híbrido que minimiza el MTOW tratando los parámetros clave de diseño como variables de diseño y combinando un algoritmo genético (GA) con programación cuadrática secuencial (SQP). El modelo de peso vacío, el modelo de peso de combustible y el marco de optimización se validan contra referencias de helicópteros compuestos, rotores inclinables y turbohélices gemelas, y se evalúan las sensibilidades de los parámetros a nivel local y global. Los resultados muestran errores de predicción de aproximadamente el 10% para el peso vacío, el peso de combustible y el MTOW. El análisis de sensibilidad indica que en el punto de diseño base, la carga del ala ejerce la mayor influencia en el MTOW, seguida de la carga de potencia y la carga del disco.