Experimentos de vuelo y simulaciones numéricas para investigar el campo de flujo de multicópteros y la deformación de estructuras
Autores: Pätzold, Falk; Bauknecht, André; Schlerf, Andreas; Sotomayor Zakharov, Denis; Bretschneider, Lutz; Lampert, Astrid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Campo de flujo
Drones multirrotor
Investigación atmosférica
Equipo de medición
Presión
Temperatura
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 7
Citaciones: Sin citaciones
El campo de flujo inducido por drones multirrotor es de gran interés para la investigación atmosférica, ya que influye localmente en la atmósfera y, por lo tanto, puede tener un impacto en los sensores instalados para mediciones atmosféricas. Además, las vibraciones a bordo pueden causar interferencias significativas con el equipo de medición. Para investigar el campo de flujo cercano, se aplicó un enfoque que combina mediciones de la distribución de presión y temperatura en vuelo y en un laboratorio, junto con simulaciones numéricas. Se utilizó equipo de medición de alta frecuencia durante las pruebas de vuelo iniciales con un sistema de cuadricóptero de 25 kg recién desarrollado en un enfoque de bajo costo y en una etapa temprana de error para obtener datos y experiencia iniciales. Durante los vuelos, se aplicaron sensores de alta resolución para medir presión, temperatura, aceleración y deformación con diferentes configuraciones en diferentes ubicaciones debajo de uno de los planos del rotor, respectivamente, en un brazo del rotor, para determinar la influencia del multicóptero en las mediciones de presión y temperatura, investigar las deformaciones del brazo del rotor y obtener datos para comparar con simulaciones numéricas de esta configuración del rotor. Se probó una técnica de medición tipo Schlieren externa para visualizar los vórtices del rotor. Las técnicas de medición aplicadas demostraron ser adecuadas para adquirir el estado del flujo inducido por el rotor, pero con algunas limitaciones. La comparación de mediciones y simulaciones mostró un acuerdo básico y permitió identificar las adaptaciones necesarias para estudios posteriores. La interacción de los estelas del rotor con los brazos del rotor pudo identificarse como la principal fuente de las vibraciones estructurales medidas. Se presentan en detalle las mejoras necesarias en la configuración de medición, la operación de vuelo y la configuración de simulación.
Descripción
El campo de flujo inducido por drones multirrotor es de gran interés para la investigación atmosférica, ya que influye localmente en la atmósfera y, por lo tanto, puede tener un impacto en los sensores instalados para mediciones atmosféricas. Además, las vibraciones a bordo pueden causar interferencias significativas con el equipo de medición. Para investigar el campo de flujo cercano, se aplicó un enfoque que combina mediciones de la distribución de presión y temperatura en vuelo y en un laboratorio, junto con simulaciones numéricas. Se utilizó equipo de medición de alta frecuencia durante las pruebas de vuelo iniciales con un sistema de cuadricóptero de 25 kg recién desarrollado en un enfoque de bajo costo y en una etapa temprana de error para obtener datos y experiencia iniciales. Durante los vuelos, se aplicaron sensores de alta resolución para medir presión, temperatura, aceleración y deformación con diferentes configuraciones en diferentes ubicaciones debajo de uno de los planos del rotor, respectivamente, en un brazo del rotor, para determinar la influencia del multicóptero en las mediciones de presión y temperatura, investigar las deformaciones del brazo del rotor y obtener datos para comparar con simulaciones numéricas de esta configuración del rotor. Se probó una técnica de medición tipo Schlieren externa para visualizar los vórtices del rotor. Las técnicas de medición aplicadas demostraron ser adecuadas para adquirir el estado del flujo inducido por el rotor, pero con algunas limitaciones. La comparación de mediciones y simulaciones mostró un acuerdo básico y permitió identificar las adaptaciones necesarias para estudios posteriores. La interacción de los estelas del rotor con los brazos del rotor pudo identificarse como la principal fuente de las vibraciones estructurales medidas. Se presentan en detalle las mejoras necesarias en la configuración de medición, la operación de vuelo y la configuración de simulación.