Enhancing Multirotor Drone Efficiency: Exploring Minimum Energy Consumption Rate of Forward Flight under Varying Payload

要約

マルチコプター無人航空機は、現実世界に広く応用されている普及しているタイプの航空機です。
エネルギー効率はその性能の重要な側面であり、実行可能なミッションの範囲と期間を決定します。
この研究では、前進飛行における重要なエネルギー効率指標の最適値、すなわち単位質量当たりの移動距離1メートルあたりのエネルギーが、異なる車両質量（ペイロードを含む）の下で一定であることを解析的および数値的に示した。
この関係は、エネルギー消費を最小限に抑える最適な前進速度 (異なる質量の下) でのみ当てはまり、任意の速度では当てはまらないことに注意してください。
この研究は、マルチコプターの第一原理エネルギーダイナミクスを捉えた以前に開発されたモデルに基づいており、重要なステップは、最適速度下でのピッチ角が一定であることを証明することです。
この研究では、分析的導出と検証研究の両方を採用することで、マルチローターのエネルギー効率の最適化に関する重要な洞察が得られ、ミッション期間と航続距離を延長するための飛行制御戦略の開発が促進されます。

要約(オリジナル)

Multirotor unmanned aerial vehicle is a prevailing type of aircraft with wide real-world applications. Energy efficiency is a critical aspect of its performance, determining the range and duration of the missions that can be performed. In this study, we show both analytically and numerically that the optimum of a key energy efficiency index in forward flight, namely energy per meter traveled per unit mass, is a constant under different vehicle mass (including payload). Note that this relationship is only true under the optimal forward velocity that minimizes the energy consumption (under different mass), but not under arbitrary velocity. The study is based on a previously developed model capturing the first-principle energy dynamics of the multirotor, and a key step is to prove that the pitch angle under optimal velocity is a constant. By employing both analytical derivation and validation studies, the research provides critical insights into the optimization of multirotor energy efficiency, and facilitate the development of flight control strategies to extend mission duration and range.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google