Optimasi Kecepatan Jelajah UAV Multirotor untuk Efisiensi Energi Berdasarkan Massa dan Drag Paket

Abstract

Studi energi multirotor umumnya merepresentasikan muatan hanya sebagai tambahan massa, padahal paket pengiriman juga meningkatkan hambatan aerodinamis. Penelitian ini memisahkan pengaruh massa muatan dan luas hambat ekuivalen paket, kemudian mengevaluasi pengaruh gabungannya terhadap kecepatan jelajah horizontal yang meminimalkan energi. Model daya Zeng yang digeneralisasi digunakan karena mempertahankan keterkaitan antara hambatan dan gaya dorong. Model diparameterisasi untuk DJI Matrice 200 berdasarkan spesifikasi pabrikan dan kesebangunan rotor dari literatur. Enam belas kombinasi massa dan luas hambat, batas kecepatan minimum akibat tenggat dari 0 hingga 18 m/s, serta jarak jelajah satu arah 1, 5, dan 10 km dievaluasi menggunakan optimasi skalar berbatas. Validasi durasi terbang menghasilkan galat 0,43% tanpa muatan dan 0,77% pada muatan maksimum. Penambahan massa 1,5 kg meningkatkan kecepatan optimal sebesar 15,4% dan energi spesifik minimum sebesar 33,1%. Peningkatan luas hambat sebesar 37,5% menurunkan kecepatan optimal sebesar 9,5%, tetapi meningkatkan energi sebesar 15,2%. Ketika digabungkan, kecepatan optimal berubah hanya 4,4%, sedangkan energi meningkat 53,4%. Batas kecepatan minimum 16 m/s meningkatkan energi sebesar 3,7% hingga 25,8%, sedangkan 18 m/s tidak layak karena melampaui batas platform 17 m/s. Penyesuaian kecepatan untuk setiap misi hanya menghemat energi dengan median 0,30% dan maksimum 2,24% dibandingkan satu kecepatan tetap terbaik untuk seluruh skenario. Ketidakpastian parameter menghasilkan selang 90% kecepatan optimal sebesar 11,60 hingga 14,49 m/s, sedangkan estimator independen Bauersfeld menghasilkan 3,67 hingga 5,30 m/s. Hasil ini menunjukkan bahwa massa dan luas hambat menggeser kecepatan optimal ke arah berlawanan, tetapi keduanya meningkatkan energi. Ketidakpastian struktur model juga lebih berpengaruh daripada penyempurnaan penyesuaian kecepatan.