Aerodynamische Analyse von unbemannten Flugdrohnen mit Starrflügeln im Schwarmbetrieb

Dieser Artikel präsentiert einen engen Formationsflug von zwei unbemannten Flugdrohnen (UAVs). Ziel der Studie ist es, das Verständnis der Wirbelwirkungen zwischen starren UAVs in einem Schwarm mithilfe von Werkzeugen der numerischen Strömungsmechanik (CFD) zu verbessern. Zur Validierung der numerischen Methode wurden Ergebnisse eines Windkanaltests mit variabler Dichte aus der Literatur verwendet. Diese numerische CFD-Analyse wurde eingesetzt, um die Auftriebskoeffizienten (CL) und die Widerstandskoeffizienten (CD) für eine einzelne UAV bei verschiedenen Anstellwinkeln zu bestimmen. Bei der Untersuchung der aerodynamischen Einflussbereiche hinter der UAV ist der longitudinale Abstand zwischen den beiden UAVs nicht besonders effektiv für den engen Flug. Daher wurden CFD-Analysen für die beiden UAVs sowohl für vertikale als auch für laterale Abstände durchgeführt. Die optimale Position für den engen Formationsflug wurde mithilfe von CL/CD-Verhältnissen identifiziert. Die Ergebnisse der Analyse zeigen, dass die effektivsten Flüge, über alle seitlichen Positionen hinweg, auftreten, wenn sich die beiden UAVs vertikal in derselben Höhe befinden. In Bezug auf die aerodynamische Effizienz sind die effektivsten Punkte für den engen Formationsflug für die Spannweite b bei seitlichen Abständen von 0,875 b und 1 b. An diesen Positionen kann die Flugeffizienz um etwa 11,5 % gesteigert werden.