Planificación de Trayectorias Multi-Fase para la Captación de Energía Eólica en el Encuentro y Vuelo en Formación de Enjambres de UAV Lanzados desde el Aire
Autores: Wang, Xiangsheng; Ma, Tielin; Zhang, Ligang; Qiao, Nanxuan; Xue, Pu; Fu, Jingcheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Planificación de Trayectorias Multi-Fase para la Captación de Energía Eólica en el Encuentro y Vuelo en Formación de Enjambres de UAV Lanzados desde el Aire
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados pequeños
Lanzados desde el aire
Recolección de energía eólica
Método de planificación de trayectorias
Sistema de enjambre
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV) lanzados desde el aire enfrentan desafíos en cuanto a alcance y resistencia debido a su tamaño compacto y diseño liviano. Para abordar estos problemas, este documento presenta un método de planificación de trayectoria de recolección de energía eólica en múltiples fases diseñado para optimizar el consumo de energía eléctrica a bordo durante el encuentro y el vuelo en formación de enjambres de alas fijas lanzados desde el aire. Este método gestiona estratégicamente la energía potencial gravitacional de los despliegues aéreos y recoge energía eólica que se alinea con la velocidad de vuelo del UAV. Integramos estrategias de recolección de energía eólica para vehículos individuales con la coordinación espacio-temporal del sistema de enjambre. Considerar los efectos del viento en la planificación de la trayectoria permite a los UAV mejorar sus capacidades operativas y extender la duración de la misión sin cambios en el diseño del vehículo. El método de planificación de trayectoria se formaliza como un problema de control óptimo (OCP) que asegura la coordinación espacio-temporal, la evitación de colisiones entre vehículos e incorpora un modelo cinemático de 3 grados de libertad de los UAV, extendiendo la optimización de la trayectoria de recolección de energía eólica de un UAV individual a aplicaciones a nivel de enjambre. La función de costo se formula para evaluar de manera integral el consumo de energía eléctrica, la resistencia y el alcance. Los resultados de simulación demuestran ahorros significativos de energía en escenarios de misión tanto a baja como a alta altitud. La utilización eficiente de la energía eólica puede duplicar la distancia máxima de encuentro en formación e incluso permitir encuentros sin consumo de energía eléctrica cuando las duraciones de fase se extienden razonablemente. La fase de vuelo en formación subsiguiente muestra un aumento máximo de resistencia del 58%. Esta reducción en el consumo de energía eléctrica extiende directamente el alcance y la resistencia del enjambre lanzado desde el aire, mejorando así las capacidades de misión del enjambre en vuelos posteriores.
Descripción
Los pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV) lanzados desde el aire enfrentan desafíos en cuanto a alcance y resistencia debido a su tamaño compacto y diseño liviano. Para abordar estos problemas, este documento presenta un método de planificación de trayectoria de recolección de energía eólica en múltiples fases diseñado para optimizar el consumo de energía eléctrica a bordo durante el encuentro y el vuelo en formación de enjambres de alas fijas lanzados desde el aire. Este método gestiona estratégicamente la energía potencial gravitacional de los despliegues aéreos y recoge energía eólica que se alinea con la velocidad de vuelo del UAV. Integramos estrategias de recolección de energía eólica para vehículos individuales con la coordinación espacio-temporal del sistema de enjambre. Considerar los efectos del viento en la planificación de la trayectoria permite a los UAV mejorar sus capacidades operativas y extender la duración de la misión sin cambios en el diseño del vehículo. El método de planificación de trayectoria se formaliza como un problema de control óptimo (OCP) que asegura la coordinación espacio-temporal, la evitación de colisiones entre vehículos e incorpora un modelo cinemático de 3 grados de libertad de los UAV, extendiendo la optimización de la trayectoria de recolección de energía eólica de un UAV individual a aplicaciones a nivel de enjambre. La función de costo se formula para evaluar de manera integral el consumo de energía eléctrica, la resistencia y el alcance. Los resultados de simulación demuestran ahorros significativos de energía en escenarios de misión tanto a baja como a alta altitud. La utilización eficiente de la energía eólica puede duplicar la distancia máxima de encuentro en formación e incluso permitir encuentros sin consumo de energía eléctrica cuando las duraciones de fase se extienden razonablemente. La fase de vuelo en formación subsiguiente muestra un aumento máximo de resistencia del 58%. Esta reducción en el consumo de energía eléctrica extiende directamente el alcance y la resistencia del enjambre lanzado desde el aire, mejorando así las capacidades de misión del enjambre en vuelos posteriores.