Верификация методики определения относительной массы аккумуляторных батарей электросамолёта

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Духновский Д. А.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: DukhnovskijDA@mai.ru

Аннотация

Данная статья представляет собой расчетно-экспериментальное исследование, посвященное верификации методики определения относительной массы аккумуляторных батарей беспилотных летательных аппаратов с электрической силовой установкой. Представлена методология исследования, включающая численное моделирование методом вычислительной гидродинамики (CFD) и экспериментальные полеты для сбора данных. Результаты исследования демонстрируют сходимость данных, полученных с помощью предложенного выражения для определения массы аккумуляторов, с данными, полученными в ходе полетных исследований и CFD-расчета. В заключение подчеркивается важность учета электроэнергии, потребляемой бортовым оборудованием, для более точного определения массы аккумуляторов.

Ключевые слова:

беспилотные летательные аппараты, масса аккумуляторов, дальность полета электрического самолета, электрическая силовая установка

Библиографический список

  1. Маленков А.А. Выбор проектных решений при проектировании системы беспилотных летательных аппаратов в условиях многоцелевой неопределенности // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 7–15. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=92727
  2. Швецова С.В., Швецов А.В. Интеграция беспилотных летательных аппаратов в работу современных инфраструктурных систем // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 3. С. 186–193. DOI: 10.34759/vst-2021-2-186- 193
  3. Schäfer A.W., Barrett S.R.H., Doyme K. et al. Technological, economic and environmental prospects of all-electric aircraft // Nature Energy. 2019. Vol. 4. No. 2, pp. 160-166. DOI: 10.1038/s41560-018-0294-x
  4. Traub L.W. Range and endurance estimates for battery-powered aircraft // Journal of Aircraft. 2011. Vol. 48. No. 2, pp. 703-707. DOI: 10.2514/1.C031027
  5. Dukhnovskiy D.A. Formation of the area of possible existence of electrified airplanes // New Trends in Aviation Development (NTAD). IEEE, 2020, pp. 49-53. DOI: 10.1109/NTAD51447.2020.9379118
  6. Dukhnovskiy D. Methodology for determining the takeoff mass of all-electric aircraft at the early stages of design // Aerospace Systems. 2024. Vol. 7, pp. 93–101. DOI: 10.1007/s42401-023-00242-5
  7. Suvanjumrat C. Comparison of turbulence models for flow past NACA0015 airfoil using OpenFOAM // Engineering Journal. 2017. Vol. 21. No. 3, pp. 207-221. DOI: 10.4186/ej.2017.21.3.207
  8. Kekina P., Suvanjumrat C. A comparative study on turbulence models for simulation of flow past NACA 0015 airfoil using OpenFOAM // 3rd International Conference on Mechatronics and Mechanical Engineering (ICMME 2016). MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 95: 12005. DOI: 10.1051/matecconf/20179512005
  9. Vogeltanz T. Comparison of open-source CFD software for aerodynamic analysis of mini-UAV // 2015 IEEE/AIAA 34th Digital Avionics Systems Conference (DASC). DOI: 10.1109/DASC.2015.7311438
  10. Ponweiser T., Stadelmeyer P., Karásek T. Fluid-structure simulations with OpenFOAM for aircraft designs // Partnership for Advanced Computing in Europe. 2014. URL: http://www.prace-ri.eu/IMG/pdf/wp172.pdf
  11. Miyamasu M., Akatsu K. Efficiency comparison between Brushless dc motor and Brushless AC motor considering driving method and machine design // IEEJ Journal of Industry Applications. 2011. Vol. 2. No. 1, pp. 79-86. DOI: 10.1109/IECON.2011.6119584
  12. Lu S.-M. A review of high-efficiency motors: Specification, policy, and technology // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 59, pp. 1-12. DOI: 10.1016/j.rser.2015.12.360
  13. Green C.R., McDonald R.A. Modeling and test of the efficiency of electronic speed controllers for Brushless Dc Motors // 15th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations Conference. 2015: 3191. DOI: 10.2514/6.2015-3191
  14. Harrington A.M., Kroninger C. Characterization of small dc brushed and brushless motors // Army research lab aberdeen proving ground md vehicle technology directorate. Technical Report. ARL-TR-6415. 2013. DOI: 10.21236/ada577582
  15. ELkholy M.M., El-Hay E.A. Efficient dynamic performance of brushless DC motor using soft computing approaches // Neural Computing and Applications. 2020. Vol. 32. No. 2, pp. 6041-6054. DOI: 10.1007/s00521-019-04090-3
  16. Jegajothi B., Geethamahalakashmi G., Raja A., Mahendran N. An efficient metaheuristic optimization based fuzzy controller for brushless DC drives lifetime expansion // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 56, Part 6, pp. 3343-3348. DOI: 10/1016/i.matpr2021.10.176
  17. Brandt J.B., Selig M.S. Propeller performance data at low reynolds numbers // 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2011, p. 1255. DOI: 10.2514/6.2011-1255
  18. Patel Y., Gaurav A., Srinivas K., Singh Y. A review on design and analysis of the propeller used in UAV // International Journal of Advanced Production and Industrial Engineering. 2017. Vol. 605, pp. 20-23.
  19. Duan D., Wang Z., Wang Q., Li J. Research on integrated optimization design method of high-efficiency motor propeller system for UAVs with multi-states // IEEE Access. 2020. Vol. 8, pp. 165432-165443. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3014411
  20. Zhu H., Jiang Z., Zhao H. et al. Aerodynamic performance of propellers for multirotor unmanned aerial vehicles: Measurement, analysis, and experiment // Shock and Vibration. 2021. Vol. 2021. No. 3, pp. 1-11. DOI: 10.1155/2021/9538647
  21. Зиненков Ю.В., Федотов М.М., Разносчиков В.В., Луковников А.В. Подход к математическому моделированию воздушного винта самолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 140–149. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177615
  22. Зиненков Ю.В., Федотов М.М., Разносчиков В.В., Луковников А.В. Особенности расчета тяги винтовой силовой установки самолета по аэродинамическим характеристикам воздушного винта // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 105–113.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024