Double Hybrid Tailsitter Unmanned Aerial Vehicle With Vertical Takeoff and Landing
Creators
- 1. Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Description
We propose a new double-hybrid concept and architectural design of a tailsitter unmanned aerial vehicle with vertical takeoff and landing capability. Basically, it consists of a modified flying wing with a single combustion powertrain set and a multirotor with 2 powertrain sets with electric motors. With the electric propellers fixed at the leading wing edge, the tailsitter has two standard surfaces for elevation control and two vertical stabilizers that are used to give the necessary direction on vertical takeoff and landing. We have designed, built, and tested a prototype based on this new double-hybrid concept, which spends less energy on vertical taking off and landing and also on horizontal flight, thus maximizing flight endurance and travelled distance. We performed several experimental tests starting with the aircraft on the ground in vertical positioning. These tests include executing vertical takeoffs and landing, transitions from vertical to horizontal flight modes and transitions back (from horizontal to vertical), and hovering, which were carried out successfully. Transitions fourth and back from combustion to multirotor are inherent to some of those flight mode transitions, which have also been performed smoothly. We also performed tests (in bench) to estimate the maximum flight duration, which has demonstrated about 32 minutes of endurance. To this end, the proposed and currently built double-hybrid prototype has proven to be functional as an effective hybrid UAV system.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
نقترح مفهومًا هجينًا مزدوجًا جديدًا وتصميمًا معماريًا لمركبة جوية غير مأهولة ذات إقلاع وهبوط رأسي. في الأساس، يتكون من جناح طائر معدل مع مجموعة توليد قوة احتراق واحدة وجهاز دوار متعدد مع مجموعتين لتوليد القوة بمحركات كهربائية. مع تثبيت المراوح الكهربائية عند حافة الجناح الأمامية، يحتوي الذيل على سطحين قياسيين للتحكم في الارتفاع واثنين من المثبتات الرأسية التي تستخدم لإعطاء الاتجاه اللازم عند الإقلاع والهبوط الرأسي. لقد قمنا بتصميم وبناء واختبار نموذج أولي يعتمد على هذا المفهوم الهجين المزدوج الجديد، والذي ينفق طاقة أقل على الإقلاع والهبوط العمودي وأيضًا على الطيران الأفقي، وبالتالي زيادة قدرة التحمل على الطيران والمسافة المقطوعة. أجرينا العديد من الاختبارات التجريبية بدءًا من الطائرة على الأرض في وضع عمودي. تشمل هذه الاختبارات تنفيذ عمليات الإقلاع والهبوط الرأسية، والانتقال من أوضاع الطيران الرأسية إلى الأفقية والانتقال مرة أخرى (من الأفقي إلى الرأسي)، والتحليق، والتي تم تنفيذها بنجاح. التحولات الرابعة والعودة من الاحتراق إلى الدوار المتعدد متأصلة في بعض تلك التحولات في وضع الطيران، والتي تم تنفيذها أيضًا بسلاسة. كما أجرينا اختبارات (على مقاعد البدلاء) لتقدير الحد الأقصى لمدة الرحلة، والتي أظهرت حوالي 32 دقيقة من التحمل. وتحقيقًا لهذه الغاية، أثبت النموذج الأولي الهجين المزدوج المقترح والمبني حاليًا أنه يعمل كنظام هجين فعال للطائرات بدون طيار.Translated Description (French)
Nous proposons un nouveau concept double hybride et une conception architecturale d'un véhicule aérien sans pilote de tailleur avec capacité de décollage et d'atterrissage verticaux. Fondamentalement, il se compose d'une aile volante modifiée avec un seul groupe motopropulseur à combustion et d'un multirotor avec 2 groupes motopropulseurs à moteurs électriques. Avec les hélices électriques fixées au bord d'attaque de l'aile, le tailitter a deux surfaces standard pour le contrôle de la hauteur et deux stabilisateurs verticaux qui sont utilisés pour donner la direction nécessaire au décollage et à l'atterrissage verticaux. Nous avons conçu, construit et testé un prototype basé sur ce nouveau concept double-hybride, qui dépense moins d'énergie pour le décollage et l'atterrissage verticaux ainsi que pour le vol horizontal, maximisant ainsi l'endurance de vol et la distance parcourue. Nous avons effectué plusieurs essais expérimentaux en commençant par l'avion au sol en positionnement vertical. Ces tests comprennent l'exécution de décollages et d'atterrissages verticaux, les transitions de modes de vol verticaux à horizontaux et les transitions de retour (de l'horizontal à la vertical), et le vol stationnaire, qui ont été effectués avec succès. Les transitions quatrième et retour de la combustion au multirotor sont inhérentes à certaines de ces transitions de mode de vol, qui ont également été effectuées en douceur. Nous avons également effectué des tests (au banc) pour estimer la durée maximale de vol, qui a démontré environ 32 minutes d'endurance. À cette fin, le prototype double hybride proposé et actuellement construit s'est avéré fonctionnel en tant que système de drone hybride efficace.Translated Description (Spanish)
Proponemos un nuevo concepto de doble híbrido y diseño arquitectónico de un vehículo aéreo no tripulado con capacidad de despegue y aterrizaje vertical. Básicamente, consiste en un ala volante modificada con un solo conjunto de tren motriz de combustión y un multirrotor con 2 conjuntos de tren motriz con motores eléctricos. Con las hélices eléctricas fijadas en el borde del ala de ataque, el tailsitter tiene dos superficies estándar para el control de elevación y dos estabilizadores verticales que se utilizan para dar la dirección necesaria en el despegue y aterrizaje vertical. Hemos diseñado, construido y probado un prototipo basado en este nuevo concepto de doble híbrido, que gasta menos energía en el despegue y aterrizaje vertical y también en el vuelo horizontal, maximizando así la resistencia del vuelo y la distancia recorrida. Realizamos varias pruebas experimentales comenzando con la aeronave en tierra en posicionamiento vertical. Estas pruebas incluyen la ejecución de despegues y aterrizajes verticales, transiciones de modos de vuelo verticales a horizontales y transiciones de regreso (de horizontal a vertical), y vuelo estacionario, que se llevaron a cabo con éxito. Las transiciones cuarta y viceversa de combustión a multirrotor son inherentes a algunas de esas transiciones de modo de vuelo, que también se han realizado sin problemas. También realizamos pruebas (en banco) para estimar la duración máxima del vuelo, que ha demostrado unos 32 minutos de resistencia. Con este fin, el prototipo de doble híbrido propuesto y actualmente construido ha demostrado ser funcional como un sistema de UAV híbrido eficaz.Files
09739654.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:396875455a8c5c7d75303589d0a5a474
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مركبة جوية هجينة مزدوجة بدون طيار مع إقلاع وهبوط عمودي
- Translated title (French)
- Véhicule aérien sans pilote à double tailleur hybride avec décollage et atterrissage verticaux
- Translated title (Spanish)
- Vehículo aéreo no tripulado Tailsitter doble híbrido con despegue y aterrizaje vertical
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4220921385
- DOI
- 10.1109/access.2022.3161490
References
- https://openalex.org/W1480307187
- https://openalex.org/W1541740865
- https://openalex.org/W1549749298
- https://openalex.org/W1567463184
- https://openalex.org/W1978052615
- https://openalex.org/W1991232325
- https://openalex.org/W2018984801
- https://openalex.org/W2062127139
- https://openalex.org/W2215024960
- https://openalex.org/W2285608022
- https://openalex.org/W2295826279
- https://openalex.org/W2413000173
- https://openalex.org/W2606100861
- https://openalex.org/W2610728744
- https://openalex.org/W2696495840
- https://openalex.org/W2738304489
- https://openalex.org/W2738968852
- https://openalex.org/W2752693858
- https://openalex.org/W2767590358
- https://openalex.org/W2775465150
- https://openalex.org/W2797042082
- https://openalex.org/W2808524442
- https://openalex.org/W2889421484
- https://openalex.org/W2889848635
- https://openalex.org/W2892046236
- https://openalex.org/W2894872308
- https://openalex.org/W2895873012
- https://openalex.org/W2911115146
- https://openalex.org/W2940508338
- https://openalex.org/W2963506626
- https://openalex.org/W2963672919
- https://openalex.org/W2967291067
- https://openalex.org/W2995062280
- https://openalex.org/W3048833950
- https://openalex.org/W3101920119
- https://openalex.org/W3101947647
- https://openalex.org/W3120095796
- https://openalex.org/W3132591312
- https://openalex.org/W3158135209
- https://openalex.org/W3169784811
- https://openalex.org/W3189135025
- https://openalex.org/W3195230107
- https://openalex.org/W3216279908