Optimización de la trayectoria de vuelo de transición para un vehículo aéreo micro con alas batientes utilizando un método de malla de vórtices no estacionarios
Autores: Lee, Sang-Gil; Yang, Hyeon-Ho; Addo-Akoto, Reynolds; Han, Jae-Hung
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Optimización de la trayectoria de vuelo de transición para un vehículo aéreo micro con alas batientes utilizando un método de malla de vórtices no estacionarios
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Vehículos aéreos micro de alas batientes
Modos de vuelo
Optimización de trayectorias
Modelo de simulación de alta fidelidad
Aerodinámica no estacionaria
Problema de control óptimo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos micro con alas batientes (FWMAVs) tienen la capacidad de realizar varios modos de vuelo como los pájaros y los insectos. Por lo tanto, es necesario entender los diversos modos de vuelo de los FWMAVs para aprovechar al máximo la capacidad del vehículo. Los modos de vuelo únicos de los FWMAVs se pueden estudiar a través de la optimización de trayectorias. Este artículo propone un marco de optimización de trayectorias para un FWMAV. Se incluye un modelo de simulación de alta fidelidad en el marco para considerar suficientemente la complicada dinámica del FWMAV. La aerodinámica no estacionaria se modela con el método de paneles no estacionarios (UPM) y el método de malla de vórtices no estacionarios (UVLM). El efecto de la inercia del ala también se considera en el modelo de simulación. En este estudio, se buscan trayectorias de vuelo de transición con el marco propuesto. Se formula un problema de control óptimo para el vuelo de transición de un vuelo en suspensión a un vuelo hacia adelante y se transcribe al problema de optimización de parámetros con el método de disparo directo. La función de costo se define como consumo de energía. La misma solución convergente se puede obtener con diferentes conjeturas iniciales. Los resultados de la optimización muestran que el FWMAV utiliza la maniobra de inclinación hacia arriba para aumentar la altitud, aunque la velocidad hacia adelante se reduce. Esta maniobra de inclinación hacia arriba se realiza de manera más activa cuando la velocidad objetivo de transición es baja o cuando las condiciones del viento son favorables para la aceleración.
Descripción
Los vehículos aéreos micro con alas batientes (FWMAVs) tienen la capacidad de realizar varios modos de vuelo como los pájaros y los insectos. Por lo tanto, es necesario entender los diversos modos de vuelo de los FWMAVs para aprovechar al máximo la capacidad del vehículo. Los modos de vuelo únicos de los FWMAVs se pueden estudiar a través de la optimización de trayectorias. Este artículo propone un marco de optimización de trayectorias para un FWMAV. Se incluye un modelo de simulación de alta fidelidad en el marco para considerar suficientemente la complicada dinámica del FWMAV. La aerodinámica no estacionaria se modela con el método de paneles no estacionarios (UPM) y el método de malla de vórtices no estacionarios (UVLM). El efecto de la inercia del ala también se considera en el modelo de simulación. En este estudio, se buscan trayectorias de vuelo de transición con el marco propuesto. Se formula un problema de control óptimo para el vuelo de transición de un vuelo en suspensión a un vuelo hacia adelante y se transcribe al problema de optimización de parámetros con el método de disparo directo. La función de costo se define como consumo de energía. La misma solución convergente se puede obtener con diferentes conjeturas iniciales. Los resultados de la optimización muestran que el FWMAV utiliza la maniobra de inclinación hacia arriba para aumentar la altitud, aunque la velocidad hacia adelante se reduce. Esta maniobra de inclinación hacia arriba se realiza de manera más activa cuando la velocidad objetivo de transición es baja o cuando las condiciones del viento son favorables para la aceleración.