Dinámica de acoplamiento y optimización de trayectoria tridimensional de un vehículo aéreo no tripulado propulsado por propulsores electroaerodinámicos
Autores: Lin, Tong; Huo, Mingying; Qi, Naiming; Wang, Jianfeng; Wang, Tianchen; Gu, Haopeng; Zhang, Yiming
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Dinámica de acoplamiento y optimización de trayectoria tridimensional de un vehículo aéreo no tripulado propulsado por propulsores electroaerodinámicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Electroaerodinámico
Vehículos aéreos no tripulados
EAD-VANT
Empuje
Enfoque de modelado de Bezier
Trayectoria de vuelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos no tripulados electroaerodinámicos (EAD-UAV) son UAV innovadores que utilizan electrodos asimétricos de alto voltaje para ionizar moléculas de aire y la fuerza de Coulomb para empujar estos iones y producir empuje. A diferencia de los UAV de ala fija y de rotor, los EAD-UAV no contienen superficies móviles y tienen las ventajas de un ruido muy bajo, baja fatiga mecánica y ninguna emisión de carbono. Este documento propone una configuración de EAD-UAV con una disposición ortogonal de múltiples propulsores EAD para ajustar la actitud y la trayectoria de vuelo del EAD-UAV únicamente a través del control de distribución de voltaje. Basado en un modelo dinámico unidimensional de un propulsor EAD, se derivaron las dinámicas de acoplamiento actitud-trayectoria del EAD-UAV. Para lograr el control de vuelo del EAD-UAV hacia un objetivo específico, se implementó el enfoque de modelado de Bezier (BSA) para realizar una optimización rápida de la trayectoria considerando las restricciones dinámicas de acoplamiento. Los resultados de la simulación numérica indican que el BSA puede obtener rápidamente una trayectoria de vuelo optimizada que satisface las restricciones dinámicas y de frontera. En comparación con el método pseudospectral gaussiano (GPM), el BSA cambia el índice de optimización de la función objetivo en casi un 1.14%, pero requiere solo aproximadamente un 1.95% del tiempo computacional en promedio. Por lo tanto, el enfoque de modelado de Bezier integrativo mejorado (IBSA) puede superar el problema de mala convergencia del BSA bajo la restricción de aceleración continua de trayectorias de vuelo de múltiples objetivos.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados electroaerodinámicos (EAD-UAV) son UAV innovadores que utilizan electrodos asimétricos de alto voltaje para ionizar moléculas de aire y la fuerza de Coulomb para empujar estos iones y producir empuje. A diferencia de los UAV de ala fija y de rotor, los EAD-UAV no contienen superficies móviles y tienen las ventajas de un ruido muy bajo, baja fatiga mecánica y ninguna emisión de carbono. Este documento propone una configuración de EAD-UAV con una disposición ortogonal de múltiples propulsores EAD para ajustar la actitud y la trayectoria de vuelo del EAD-UAV únicamente a través del control de distribución de voltaje. Basado en un modelo dinámico unidimensional de un propulsor EAD, se derivaron las dinámicas de acoplamiento actitud-trayectoria del EAD-UAV. Para lograr el control de vuelo del EAD-UAV hacia un objetivo específico, se implementó el enfoque de modelado de Bezier (BSA) para realizar una optimización rápida de la trayectoria considerando las restricciones dinámicas de acoplamiento. Los resultados de la simulación numérica indican que el BSA puede obtener rápidamente una trayectoria de vuelo optimizada que satisface las restricciones dinámicas y de frontera. En comparación con el método pseudospectral gaussiano (GPM), el BSA cambia el índice de optimización de la función objetivo en casi un 1.14%, pero requiere solo aproximadamente un 1.95% del tiempo computacional en promedio. Por lo tanto, el enfoque de modelado de Bezier integrativo mejorado (IBSA) puede superar el problema de mala convergencia del BSA bajo la restricción de aceleración continua de trayectorias de vuelo de múltiples objetivos.