Hacia la Eficiencia y la Resistencia: Co-Optimización Energética-Aerodinámica para Vehículos Aéreos Micro Alimentados por Energía Solar
Autores: Di, Weicheng; Dong, Xin; Wei, Zixing; Liu, Haoji; Tu, Zhan; Li, Daochun; Xiang, Jinwu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Hacia la Eficiencia y la Resistencia: Co-Optimización Energética-Aerodinámica para Vehículos Aéreos Micro Alimentados por Energía Solar
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Energía solar
Vehículos aéreos micro
Rendimiento aerodinámico
Generación de energía fotovoltaica
Optimización multiobjetivo
Pruebas de vuelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
A pesar de décadas de desarrollo, los vehículos aéreos micro (MAVs) aún enfrentan desafíos relacionados con la resistencia. Si bien la energía solar se ha implementado con éxito en aeronaves más grandes como una fuente de energía limpia y renovable, su adaptación a los MAVs presenta desafíos únicos debido a las limitaciones de carga útil y las geometrías de superficie complejas. Para abordar esto, este trabajo propone un algoritmo automatizado para la disposición óptima de paneles solares en las superficies superiores complejas del MAV. Además, se evalúa el rendimiento aerodinámico a través de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) basadas en el método de Navier-Stokes promediado por Reynolds (RANS). Un enfoque de optimización multiobjetivo considera simultáneamente la generación de energía fotovoltaica y la eficiencia aerodinámica. La validación en túnel de viento y el análisis de estabilidad de la dinámica de vuelo confirman las ventajas de nuestro diseño optimizado. Hasta donde sabemos, este representa el primer marco sistemático para la co-optimización energética-aerodinámica de MAVs alimentados por energía solar (SMAVs). Las pruebas de vuelo de un prototipo sin cola de 500 mm de envergadura demuestran la viabilidad práctica de nuestro enfoque con el despliegue máximo de células solares.
Descripción
A pesar de décadas de desarrollo, los vehículos aéreos micro (MAVs) aún enfrentan desafíos relacionados con la resistencia. Si bien la energía solar se ha implementado con éxito en aeronaves más grandes como una fuente de energía limpia y renovable, su adaptación a los MAVs presenta desafíos únicos debido a las limitaciones de carga útil y las geometrías de superficie complejas. Para abordar esto, este trabajo propone un algoritmo automatizado para la disposición óptima de paneles solares en las superficies superiores complejas del MAV. Además, se evalúa el rendimiento aerodinámico a través de simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) basadas en el método de Navier-Stokes promediado por Reynolds (RANS). Un enfoque de optimización multiobjetivo considera simultáneamente la generación de energía fotovoltaica y la eficiencia aerodinámica. La validación en túnel de viento y el análisis de estabilidad de la dinámica de vuelo confirman las ventajas de nuestro diseño optimizado. Hasta donde sabemos, este representa el primer marco sistemático para la co-optimización energética-aerodinámica de MAVs alimentados por energía solar (SMAVs). Las pruebas de vuelo de un prototipo sin cola de 500 mm de envergadura demuestran la viabilidad práctica de nuestro enfoque con el despliegue máximo de células solares.