Los algoritmos mejoran el rendimiento de los drones Quadrotor

Cuando un avión vira demasiado hacia arriba, la disminución de la sustentación y el aumento de la resistencia pueden hacer que el vehículo caiga repentinamente en picado. Conocido como estancamiento, este fenómeno ha llevado a muchos fabricantes de drones a extremar las precauciones cuando planifican los movimientos de vuelo autónomo de sus vehículos. Para los drones de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), la mayoría de los fabricantes programan la aeronave para que la carrocería del vehículo gire muy lentamente cada vez que pasa de vuelo estacionario a vuelo hacia adelante y viceversa.

Los investigadores han creado un planificador de trayectorias que acorta significativamente el tiempo que tardan los drones VTOL en la cola para realizar esta transición crucial. El planificador de trayectoria se diseñó para un biplano cuadrirrotor que se coloca en la cola y se usa para probar nuevas características de diseño y estudiar la aerodinámica fundamental.

Los que se sientan en la cola de VTOL generalmente confían en un enfoque basado en heurística cada vez que hacen la transición entre el vuelo estacionario y el vuelo hacia adelante, donde siguen un conjunto de acciones predeterminadas muy lentas pero muy seguras. Por el contrario, el planificador de trayectorias puede encontrar la secuencia óptima de movimientos de vuelo para estas transiciones que se adaptan a cada situación. Los investigadores descubrieron la disponibilidad de estas maniobras más ágiles cuando modelaron la interacción única entre la estela de los rotores del vehículo y la aerodinámica de sus alas.

Si el vehículo está flotando, las alas apuntan hacia arriba y los rotores giran sobre él constantemente; para comenzar a moverlo hacia adelante, uno estaría arrastrando el ala efectivamente plana contra el aire. En realidad, debido a que el aire sopla hacia el ala, en realidad no ve mucha resistencia. Como resultado de esta corriente descendente adicional de los rotores, los VTOL que se sientan en la cola pueden manejar una transición más agresiva entre el vuelo estacionario y el vuelo hacia adelante de lo que uno hubiera supuesto.

A través de la simulación, los investigadores descubrieron que la incorporación de la interferencia del rotor en la estela del viento en el planificador de trayectoria permitió que el dron hiciera la transición al vuelo estacionario y aterrizara en la mitad de tiempo en comparación con el enfoque convencional. El equipo cree que el planificador de trayectorias puede eventualmente permitir que el dron cambie inteligentemente entre el vuelo estacionario y el vuelo hacia adelante mientras navega a través de áreas densas o urbanas.

La incorporación de modelos de vuelo más sofisticados en el planificador de trayectorias proporcionará al dron una mejor comprensión del complejo entorno aerodinámico a medida que se mueve; por ejemplo, si hubiera un edificio en el camino, ¿tendría más sentido volar sobre el edificio o alrededor del edificio?

Una vez que el planificador de trayectoria se someta a más pruebas de simulación, los investigadores planean conectar el software a los modelos de hardware para garantizar un alto nivel de robustez antes de comenzar las pruebas de vuelo. Una transición más rápida y eficiente entre el vuelo estacionario y el vuelo hacia adelante eventualmente ayudará al Ejército a desarrollar nuevos vehículos para misiones de inteligencia, vigilancia y reconocimiento, así como operaciones de reabastecimiento aéreo.