Diseño de Emparejamiento Óptimo Rápido de Sistemas de Propulsión de Hélices Heterogéneos para Aerostatos No Tripulados de Gran Altitud
Autores: Zhang, Miao; Wang, Xiangyu; Zhang, Zhiwei; Wang, Bo; Cheng, Junjie; Zhang, Jian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño de Emparejamiento Óptimo Rápido de Sistemas de Propulsión de Hélices Heterogéneos para Aerostatos No Tripulados de Gran Altitud
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Resistencia al viento
Diseño ligero
Dirigibles no tripulados de gran altitud
Sistema de propulsión de hélices heterogéneas
Hélices contrarrotativas
Hélices ductadas
Licencia
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Con el fin de mejorar la capacidad de resistencia al viento y lograr un diseño ligero de dirigibles no tripulados de gran altitud, este estudio propone un método de optimización rápida para un sistema de propulsión de hélices heterogéneas. Este sistema integra hélices contrarrotativas y hélices ductadas para aprovechar sus respectivas ventajas aerodinámicas. Primero, se construyeron modelos sustitutos de la hélice contrarrotativa, el motor contrarrotativo, la hélice ductada y el motor ductado utilizando un método de muestreo óptimo de hipercubo latino basado en el criterio max-min. Luego, dentro del marco de optimización, se incorporaron principios de emparejamiento de hélices y motores y restricciones de balance energético para minimizar el peso total de los sistemas de propulsión y energía. Un estudio de caso sobre un dirigible no tripulado convencional de gran altitud demuestra que, bajo la misma capacidad de resistencia al viento, la adopción del sistema de propulsión eléctrica de hélices heterogéneas reduce el peso total del sistema de propulsión y energía en un 24.94%. Este método integra las ventajas de las hélices contrarrotativas y ductadas, superando así las limitaciones de las arquitecturas de propulsión convencionales. Proporciona un nuevo enfoque para diseñar sistemas de propulsión ligeros, eficientes y de larga duración para plataformas de gran altitud en el espacio cercano.
Descripción
Con el fin de mejorar la capacidad de resistencia al viento y lograr un diseño ligero de dirigibles no tripulados de gran altitud, este estudio propone un método de optimización rápida para un sistema de propulsión de hélices heterogéneas. Este sistema integra hélices contrarrotativas y hélices ductadas para aprovechar sus respectivas ventajas aerodinámicas. Primero, se construyeron modelos sustitutos de la hélice contrarrotativa, el motor contrarrotativo, la hélice ductada y el motor ductado utilizando un método de muestreo óptimo de hipercubo latino basado en el criterio max-min. Luego, dentro del marco de optimización, se incorporaron principios de emparejamiento de hélices y motores y restricciones de balance energético para minimizar el peso total de los sistemas de propulsión y energía. Un estudio de caso sobre un dirigible no tripulado convencional de gran altitud demuestra que, bajo la misma capacidad de resistencia al viento, la adopción del sistema de propulsión eléctrica de hélices heterogéneas reduce el peso total del sistema de propulsión y energía en un 24.94%. Este método integra las ventajas de las hélices contrarrotativas y ductadas, superando así las limitaciones de las arquitecturas de propulsión convencionales. Proporciona un nuevo enfoque para diseñar sistemas de propulsión ligeros, eficientes y de larga duración para plataformas de gran altitud en el espacio cercano.