การออกแบบเบื้องต้นโดยการหาจุดเหมาะสมสำหรับอากาศยานไร้คนขับประเภทขึ้นลงในแนวดิ่งแบบตั้งหางA Preliminary Design by Using Optimization for Tail-sitter VTOL UAV

Abstract

อากาศยานไร้คนขับขนาดเล็กประเภทขึ้นลงในแนวดิ่ง รูปแบบตั้งหาง (Tail-sitter VTOL UAV) เป็นหนึ่งในรูปแบบที่ได้รับความสนใจ และถูกนำมาศึกษาอย่างแพร่หลายในปัจจุบันเพื่อตอบสนองต่อภารกิจ และเพิ่มขีดความสามารถของอากาศยาน แต่การออกแบบอากาศยานโดยผ่านการตั้งสมมติฐาน และการประมาณน้ำหนักโดยเบื้องต้น จะต้องใช้เวลาในการออกแบบและการทดสอบที่มากขึ้น เนื่องจากต้นแบบที่ได้จากการออกแบบในแต่ละรอบจะมีความคลาดเคลื่อนไปจากความเป็นจริง ส่งผลให้ต้นแบบที่ผ่านการออกแบบมานั้นไม่ใช่ต้นแบบที่มีประสิทธิภาพ (ตัดสินโดยระยะเวลาการบิน) สูงสุดงานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์ที่จะสร้างระเบียบวิธีการออกแบบเบื้องต้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการออกแบบด้วยการเก็บข้อมูลชุดอุปกรณ์ที่มีอยู่ในท้องตลาดมาสร้างเป็นฐานข้อมูล และการลดระยะเวลาในการออกแบบด้วยกระบวนการหาจุดเหมาะสมในกระบวนการการเลือกชุดใบพัด ซึ่งผลจากการทดลองออกแบบอากาศยานบนเงื่อนไข 3 ชุด เพื่อออกแบบอากาศยานที่บินได้นานที่สุดสำหรับแต่ละเงื่อนไข การใช้ระเบียบวิธีการออกแบบร่วมกับกระบวนการหาจุดเหมาะสมรูปแบบ Hooke-Jeeves Pattern Search ทำให้สามารถเลือกชุดอุปกรณ์ (มอเตอร์ ใบพัด และแบตเตอรี่) ในท้องตลาดที่เหมาะสมต่อภารกิจ และสามารถลดระยะเวลาในการออกแบบลงได้เฉลี่ย 55 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับเวลาในการหาชุดอุปกรณ์ที่เหมาะสมจากทุกความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้น

Tail-sitter vehicle take-off and landing unmanned aerial vehicle (Tail-sitter VTOL UAV) is a type of aircraft that is receiving a lot of attention and being widely studied today. But a design through initial assumptions and weight estimates will have to spend more time designing and testing because the prototype obtained from the design in each cycle will deviate from the reality. As a result, the designed prototype is not the most efficient prototype (judged by the flight endurance). Studies are aimed to increase its capabilities to fulfill various mission objectives. This study is aimed to create a preliminary tail-sitter design algorithm with optimization to improve designing capabilities using collected data from resources available in the market to make a database and decreasing design time by using optimization in choosing propeller process. Finding the best endurance UAV for every 3 cases of design condition. By using Hooke-Jeeves pattern search optimization method, a result show an algorithm can select the right equipment for a require mission and designing time are decrease up to 55% from the whole time that used to compare every possible solution.