Algoritmos avanzados impulsan el rendimiento de drones cuadricópteros

Cuando una aeronave se inclina demasiado hacia arriba, la disminución de sustentación y aumento de arrastre puede causar que el vehículo se precipite repentinamente. Conocido como pérdida (stall), este fenómeno ha llevado a muchos fabricantes de drones a errar por el lado de extrema precaución cuando planifican los movimientos de vuelo autónomo de sus vehículos. Para drones de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) de cola sentada, la mayoría de fabricantes programan la aeronave para que el cuerpo del vehículo gire muy lentamente cada vez que transiciona de vuelo estacionario a vuelo hacia adelante y viceversa.

Investigadores han creado un planificador de trayectoria que acorta significativamente el tiempo que toma a drones VTOL de cola sentada hacer esta transición crucial. El planificador de trayectoria fue diseñado para un cuadricóptero biplano de cola sentada usado para probar nuevas características de diseño y estudiar aerodinámica fundamental.

Los VTOL de cola sentada típicamente dependen de un enfoque basado en heurísticas cada vez que transicionan entre vuelo estacionario y vuelo hacia adelante, donde siguen un conjunto de acciones predeterminado muy lento pero muy seguro. En contraste, el planificador de trayectoria 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 en vuelo estacionario, las alas apuntan hacia arriba y los rotores giran sobre él constantemente; para empezar a moverlo hacia adelante, uno estaría arrastrando el ala efectivamente plana contra el aire. En realidad, debido al aire soplado hacia abajo sobre el ala, en realidad no está viendo mucho arrastre. Como resultado de este downwash extra de los rotores, los VTOL de cola sentada pueden manejar una transición más agresiva entre vuelo estacionario y vuelo hacia adelante de lo que se habría asumido.

A través de simulación, los investigadores encontraron que la incorporación de interferencia de estela de rotores en viento en el planificador de trayectoria permitió al dron transicionar a vuelo estacionario y aterrizar en la mitad de tiempo comparado con el enfoque convencional. El equipo cree que el planificador de trayectoria puede eventualmente permitir al dron cambiar inteligentemente entre vuelo estacionario y vuelo hacia adelante mientras navega a través de áreas densas o urbanas.

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

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