Formación delta

La formación delta es un patrón de vuelo en el que varios objetos voladores se unen formando una V para volar de manera más eficiente. Cada objeto que queda detrás se posiciona ligeramente más alto que el que está delante y utiliza el aire movido por el objeto delantero para reducir la resistencia del viento. ^{[ 1 ]}

La formación delta es utilizada frecuentemente por las aves para migrar largas distancias, ^{[ 2 ]} en aviones y en vehículos aéreos no tripulados (UAV). ^{[ 3 ]}

El uso más famoso de la formación delta es por parte del escuadrón de demostración de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, los Thunderbirds . Los Thunderbirds utilizan seis aeronaves que se reúnen, generalmente al final de un espectáculo aéreo , y vuelan en formación cerrada.

Volar en formación delta permite un mayor tiempo de vuelo con la misma cantidad de energía. Esto ahorra tiempo y recursos, y reduce la necesidad de realizar escalas en zonas peligrosas.

En vuelo, se genera una corriente ascendente detrás del ala por los vórtices de las puntas de las alas ; este es aire que se desvía hacia arriba para generar sustentación. En una formación delta, el objeto que sigue se mantiene cerca y ligeramente por encima del que va delante. Esto permite que la corriente ascendente del que va delante genere sustentación para el objeto que va detrás en vuelo. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Al utilizar la sustentación sobrante del que va delante, el objeto que va detrás no necesita generar tanta sustentación, lo que aumenta la eficiencia. Esto se puede utilizar en una formación delta grande, lo que permite una mayor eficiencia a gran escala. Dado que la sustentación sobrante del que va delante ya se generaba, esto no requiere más energía de este y utiliza energía que de otro modo no se usaría. Esto permite que algunas aves utilicen hasta un 30 % menos de energía cuando vuelan en una formación delta. ^{[ 4 ]}

La formación delta se hizo famosa gracias al Escuadrón de Demostración Aérea de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , los Thunderbirds . Cuando los Thunderbirds vuelan en formación delta, los seis aviones del escuadrón vuelan en un delta cerrado . En formación cerrada, las aeronaves pueden tener tan solo 0,5 metros (1,5 pies) de separación entre sí. ^{[ 5 ]}

En los espectáculos, el equipo forma en delta varias veces y los aviones en el borde de la formación se separan para realizar acrobacias en solitario mientras los cuatro centrales permanecen juntos. Las acrobacias en formación delta generalmente se reservan para el final del espectáculo. ^{[ 5 ]}

A medida que los controles de vuelo se automatizan cada vez más, el vuelo en formación a gran escala se vuelve más factible. Para ahorrar combustible, muchos fabricantes de UAV están experimentando con el uso de formaciones delta y similares en aplicaciones comerciales.

vehículos aéreos no tripulados

En el ámbito de los vehículos aéreos no tripulados (VANT), muchos fabricantes están desarrollando VANT capaces de volar en formación delta a largas distancias para aumentar su alcance. En estas formaciones, denominadas enjambres, los VANT se lanzarían desde una estación base distante, volarían juntos hacia un destino y se separarían, o bien, las unidades individuales podrían separarse del enjambre antes. Posteriormente, podrían regresar juntos en formación o individualmente. ^{[ 3 ]}

Aplicación de UAV

En los UAV, la mejora de la eficiencia se combina con una disminución de la cantidad de humanos necesarios para monitorear grandes operaciones de alarma. Algunos de los casos de uso incluyen: ^{[ 3 ]}

• Entrega de última milla , donde un enjambre entregará los paquetes a su destino final desde un centro de distribución cercano.
• Observación de tierras de cultivo, donde las imágenes georreferenciadas de alta resolución pueden ayudar a calcular el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI).
• Contención de incendios forestales , donde el fuego puede ser monitoreado sin poner en riesgo a los humanos, o para desplegar retardantes.
• las fuerzas del orden , en particular en eventos de gran envergadura.
• Patrulla fronteriza
• Vigilancia militar

Comunicación de UAV

En un enjambre, los UAVs tienen una trayectoria predefinida; el UAV líder se designa como fuente de información. Hay un punto de referencia detrás del líder alrededor del cual se orientan todos los UAVs. Utilizando la ubicación de los UAVs que se encuentran delante, calculan la posición más eficiente para sí mismos. ^{[ 8 ]}

Cálculo de la posición óptima en la formación de UAV

${\displaystyle {\begin{casos}{\dot {P}}x=Vcos(y)*cos(x)\\{\dot {P}}y=Vcos(y)*sin(x)\\{\dot {P}}z=Vsin(y)\\{\dot {V}}={\frac {Tcos(aD)}{mg*sin(y)}}+\Delta V\\{\dot {y}}={\frac {\frac {Tsin(a)cos(\sigma +Lcos(\sigma ))}{mV-gcos(y)}}{V+\Delta y}}\\{\dot {x}}=\left({\frac {T*sin(a)sin(\sigma )+Lsin(\sigma )}{mV+\Delta x}}\right)\end{cases}}}$

Este sistema de ecuaciones puede describir el posicionamiento óptimo de los UAV en un enjambre. "En esta configuración, el UAV puede considerarse como un sistema de masa puntual donde p = [p _x , p _y , p _z ] ^T representa la posición del UAV en el sistema de coordenadas inercial; V representa la velocidad del aire del UAV; y, x representan el ángulo de trayectoria de vuelo y el ángulo de rumbo; L , T , D son la fuerza de sustentación, la fuerza de empuje y la fuerza de arrastre, respectivamente; g denota la aceleración de la gravedad, α y σ son el ángulo de ataque y el ángulo de alabeo, respectivamente; Δv, Δy, Δx representan los elementos del modelo ignorados asociados con el gradiente del viento y las perturbaciones externas. Denotemos v _x = V cos(y) cos(x), v _y = V cos(y) sin(x), v _z = V sin y como la velocidad en el sistema de coordenadas inercial. Para simplificar, la aceleración de la velocidad del aire se define como, la tasa de ascenso y la tasa de rumbo se definen como ω _y y ω _x , respectivamente. Luego, después de la conversión, la dinámica del enjambre de UAV se puede describir aproximadamente como siguiendo MAS de segundo orden" ^{[ 9 ]}

Las aves utilizan la formación delta para volar más lejos cuando vuelan en grupo. Para maximizar el efecto, las aves cambian de líder cuando se cansan, permitiendo así que la bandada vuele más lejos. Las aves han evolucionado para optimizar la formación y pueden percibir a las aves a su alrededor y posicionarse en el mejor lugar posible. También utilizan la formación como guía visual para mantenerse juntas. ^{[ 2 ]}