Co-Design Optimisation of Morphing Topology and Control of Winged Drones

要約

有翼航空機やドローンの設計と制御は、ミッション固有のコストと制約の妥協点を特定することを目的とした反復的なプロセスです。
機敏性が必要な場合、形状を変化させる (モーフィング) ドローンが効率的なソリューションとなります。
ただし、モーフィング ドローンには、トポロジーと制御カップリングを増加させる作動ジョイントを追加する必要があり、設計プロセスがより複雑になります。
トポロジー、作動、モーフィング戦略、コントローラーパラメーターを含むモーフィングドローンの概念設計を提案することで、エンジニアを支援する共同設計最適化手法を提案します。
この方法は、エネルギー消費やミッション完了時間など、さまざまな飛行ミッション要件の下でモーション インテリジェンスの問題を解決するために、軌道最適化を備えた多目的制約ベースの最適化を多胴翼付きドローンに適用することで構成されています。
我々は、共同設計されたモーフィングドローンがエネルギー効率とミッション時間の点で固定翼ドローンよりも優れていることを示し、提案された共同設計手法が航空機工学ツールボックスへの有用な追加となる可能性があることを示唆しています。

要約(オリジナル)

The design and control of winged aircraft and drones is an iterative process aimed at identifying a compromise of mission-specific costs and constraints. When agility is required, shape-shifting (morphing) drones represent an efficient solution. However, morphing drones require the addition of actuated joints that increase the topology and control coupling, making the design process more complex. We propose a co-design optimisation method that assists the engineers by proposing a morphing drone’s conceptual design that includes topology, actuation, morphing strategy, and controller parameters. The method consists of applying multi-objective constraint-based optimisation to a multi-body winged drone with trajectory optimisation to solve the motion intelligence problem under diverse flight mission requirements, such as energy consumption and mission completion time. We show that co-designed morphing drones outperform fixed-winged drones in terms of energy efficiency and mission time, suggesting that the proposed co-design method could be a useful addition to the aircraft engineering toolbox.

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