Dissertação
Coupled Aircraft Design and Trajectory Optimization of an Electric UAV EVALUATED
Nesta tese, realiza-se a otimização de trajetória e configuração da aeronave em simultâneo, com o objetivo de obter um UAV e um trajeto que cumpram uma missão com desempenho máximo. A componente aeroestrutural é tratada pela ferramenta OpenAeroStruct. Esta é uma ferramenta de baixa fidelidade que usa um método de painéis com malha de vórtices e um método de elementos finitos para modelar o escoamento e o comportamento estrutural de superfícies sustentadoras. A ferramenta é modificada para acomodar propulsão elétrica e calcular parâmetros de performance pertinentes, bem como incluir a componente de trajetória, que é implementada através de um método de colocação. A otimização é realizada através de um método de gradientes, para diversos objetivos, tais como minimizar a energia consumida durante a fase de subida, minimizar o tempo de subida até uma determinada altitude e maximizar o alcance, partindo de uma fase de voo cruzeiro. O problema de minimização de energia é também otimizado, individualmente, através da trajetória e da configuração, por forma a melhor quantificar os benefícios da otimização acoplada. Verifica-se que a otimização acoplada permite minimizar a energia em mais 33% e 10.8%, relativamente às otimizações de trajetória e design isoladas, respetivamente. Observa-se também que o tempo de voo e a energia despendida estão fortemente correlacionados, com as funções objetivo das duas soluções a variarem menos de 0.2% entre si. A otimização acoplada requer mais esforço computacional, sendo que o custo não aumenta linearmente com o tamanho do problema.
junho 1, 2021, 15:0
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