Optimización Estructural y Validación Experimental de un Soporte de Motor Compuesto Diseñado para UAV VTOL
Autores: Mili, Milica; Svorcan, Jelena; Ivanov, Toni; Atanasovska, Ivana; Momilovi, Dejan; Flajs, eljko; Rauo, Boko
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización Estructural y Validación Experimental de un Soporte de Motor Compuesto Diseñado para UAV VTOL
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Despegue y aterrizaje vertical
Soporte de motor compuesto
Algoritmo genético
Modelo de elementos finitos
Optimización.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 38
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) con capacidades de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), equipados con rotores, han ganado popularidad en los últimos años por sus numerosas aplicaciones. A través de esfuerzos conjuntos, ingenieros e investigadores intentan hacer que estas aeronaves novedosas sean más maniobrables y confiables, pero también más ligeras, eficientes y silenciosas. Este documento presenta la optimización de una de las partes vitales de la aeronave, el soporte del motor compuesto, basado en el algoritmo genético (AG) combinado con el modelo paramétrico de elementos finitos (EF) definido. Se asume que la estructura del soporte es un compuesto de carbono en capas cuya secuencia de apilamiento, definida por los grosores y orientaciones de las capas, se está optimizando con el objetivo de lograr su masa mínima con respecto a diferentes restricciones estructurales (criterios de fallo o deformación máxima). Para lograr una estructura suficientemente confiable, se asume un escenario de peor caso, que representa un impacto repentino, introduciendo fuerzas en un extremo, mientras que el soporte está estructuralmente restringido en los lugares donde se conecta a las alas. La metodología de optimización definida facilitó y aceleró significativamente el proceso de diseño del soporte, después del cual fue fabricado y probado experimentalmente. Se introdujeron fuerzas estáticas que representan las dos fuerzas de empuje generadas por las hélices conectadas a motores eléctricos (al 100% de aceleración y el caso asimétrico donde un motor está aproximadamente al 40% de aceleración y el otro al 100%) y cargas de las superficies de cola mediante pesos, mientras que la deformación se midió en seis ubicaciones diferentes. Se logra una comparación satisfactoria entre los resultados numéricos y experimentales, mientras que las ligeras inconsistencias pueden atribuirse a errores de fabricación e idealizaciones del modelo de EF.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) con capacidades de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), equipados con rotores, han ganado popularidad en los últimos años por sus numerosas aplicaciones. A través de esfuerzos conjuntos, ingenieros e investigadores intentan hacer que estas aeronaves novedosas sean más maniobrables y confiables, pero también más ligeras, eficientes y silenciosas. Este documento presenta la optimización de una de las partes vitales de la aeronave, el soporte del motor compuesto, basado en el algoritmo genético (AG) combinado con el modelo paramétrico de elementos finitos (EF) definido. Se asume que la estructura del soporte es un compuesto de carbono en capas cuya secuencia de apilamiento, definida por los grosores y orientaciones de las capas, se está optimizando con el objetivo de lograr su masa mínima con respecto a diferentes restricciones estructurales (criterios de fallo o deformación máxima). Para lograr una estructura suficientemente confiable, se asume un escenario de peor caso, que representa un impacto repentino, introduciendo fuerzas en un extremo, mientras que el soporte está estructuralmente restringido en los lugares donde se conecta a las alas. La metodología de optimización definida facilitó y aceleró significativamente el proceso de diseño del soporte, después del cual fue fabricado y probado experimentalmente. Se introdujeron fuerzas estáticas que representan las dos fuerzas de empuje generadas por las hélices conectadas a motores eléctricos (al 100% de aceleración y el caso asimétrico donde un motor está aproximadamente al 40% de aceleración y el otro al 100%) y cargas de las superficies de cola mediante pesos, mientras que la deformación se midió en seis ubicaciones diferentes. Se logra una comparación satisfactoria entre los resultados numéricos y experimentales, mientras que las ligeras inconsistencias pueden atribuirse a errores de fabricación e idealizaciones del modelo de EF.