Untersuchung der Auswirkungen von Dorsalfinnen auf die aerodynamische Leistung von inverted-V Empennage VTOL unbemannten Luftfahrzeugen

Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) werden zu unverzichtbaren Werkzeugen in der präzisen Landwirtschaft, die Echtzeitüberwachung, verbesserte Landbewirtschaftung und effizientere Ressourcennutzung ermöglichen. Unter ihnen sind vertikale Start- und Landungs (VTOL) UAVs ideal für den Einsatz in engen und unebenen landwirtschaftlichen Gelände. Allerdings leidet die aerodynamische Leistung von UAVs mit inverted-V Empennagen unter Nachteilen, einschließlich Richtunginstabilität und ungünstigem Gieren unter Gleitbedingungen. Diese Arbeit präsentiert den aktuellen Stand der Technik durch die Optimierung der aerodynamischen Leistung von inverted-V Heckkonfigurationen durch die Integration einer Dorsalfinne. Mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) bewerten wir mehrere Designs von Dorsalfinnen auf einer UAV-Plattform mit einem maximalen Abfluggewicht von 10 kg, 2 kg Nutzlast, 2 Stunden Flugdauer, 10 m/s Stallgeschwindigkeit und einem operativen Bereich von 5 km². Wir analysieren wichtige aerodynamische Kennzahlen – Auftrieb und Widerstandskoeffizienten, das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand und den Giermomentkoeffizienten – sowie das Strömungsverhalten anhand von Druckkonturen und Wirbelgrafiken. Die Ergebnisse bestätigen, dass Gleitwinkel die aerodynamische Effizienz beeinträchtigen, aber eine gut gestaltete Dorsalfinne, insbesondere Variation 2, die ungünstige Gier bei höheren Anstellwinkeln und Gleitwinkeln erheblich reduziert. Diese Modifikation verbessert die Stabilität und Flugleistung des UAVs und stellt eine bedeutende Verbesserung im Design von VTOL UAVs für landwirtschaftliche Anwendungen dar.