Dissertação
{en_GB=Closed Dynamic Soaring Trajectories for Surveillance Missions of Aerial Vehicles} {} EVALUATED
{pt=Dynamic Soaring é uma técnica de voo usada pelos albatrozes para cobrir grandes distâncias sem dispêndio de energia, a qual é obtida através do vento presente. Trajetórias fechadas de dynamic soaring utilizam variações espaciais da velocidade do vento e possibilitam, em teoria, que o veículo paire indefinidamente sobre uma determinada área. Este tipo de trajetórias, se aplicada a missões de veículos aéreos não tripulados, poderá permitir obter ganhos ao nível da sua autonomia. A principal limitação do dyanamic soaring é a sua dependência das condições de vento existentes, o que implica que as manobras de voo tenham de ser adaptadas em função do perfil de vento presente. A presente tese estuda a viabilidade de trajetórias de dynamic soaring fechadas e energeticamente neutras, para uma variedade de cenários. Através do uso de técnicas de otimização de trajetória, foi possível o estudo de como o perfil de vento, as condições iniciais e as limitações do veículo influenciam a força de vento necessária para realizar as manobras e consequentemente a sua viabilidade. Foi possível concluir que existem valores ótimos para as condições iniciais que minimizam a força de vento necessária para realizar as trajetórias. Em adição, foi verificado que as limitações estruturais e aerodinâmicas do veículo também afetam as trajetórias de dynamic soaring a altas e baixas velocidades, respetivamente. A tese conclui propondo novas trajetórias energeticamente neutras que, em condições favoráveis de vento, maximizam o tempo de voo e comprimento das mesmas, tornando-as especialmente úteis nas missões de monitorização desempenhadas por veículos aéreos. , en=Dynamic soaring is a flight technique used by albatrosses to cover large distances without the expenditure of energy, which is extracted from the available wind conditions. Closed dynamic soaring trajectories use spatial variations of wind speed to hover, in principle, indefinitely over a prescribed area. Applying the concept of closed dynamic soaring trajectories to aerial vehicles, in particular, UAVs may provide a solution to improve the endurance of these vehicles in certain particular missions. The main limitation of dynamic soaring is its dependence on the wind. The present thesis studies the feasibility of closed, single-loop, energy-neutral trajectories for a broad set of conditions. Through the use of trajectory optimization methods, it was possible to see how the wind profile, initial flight conditions and vehicle constraints influence the required wind strength to perform dynamic soaring and consequently the trajectories' viability. It was possible to conclude from the study that there are optimal values for the initial airspeed and initial height of the vehicle, that minimise the required wind strength to perform the trajectories. In addition, it was seen that the structural and aerodynamic constraints of the vehicle affect dynamic soaring trajectories at high and low airspeeds respectively. The thesis ends by proposing some new trajectories that can be performed in conditions of excess wind to maximize the time spent on the air and the trajectory length while maintaining the concept of single-loop, energy-neutral trajectories, making them especially useful for aerial vehicles surveillance applications.}
dezembro 3, 2019, 8:0
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