On Constructing Efficient UAV Aerodynamic Surrogate Models for Digital Twins

计算机科学 高斯过程 替代模型 空气动力学 催交 克里金 人工智能 机器学习 过程(计算) 工程类 高斯分布 量子力学 操作系统 物理 航空航天工程 系统工程
作者
Daniel Aláez,Manuel Prieto,Jesús Villadangos,José Javier Astráin
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (11): 13181-13189 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tii.2024.3431106
摘要

Aerodynamic modeling and optimization for unmanned aerial vehicles (UAVs) are complex and computationally intensive tasks. Surrogate models have emerged as a powerful tool for increasing efficiency in the aircraft design and optimization process. We review and evaluate some modeling techniques, such as artificial neural networks and support vector regression, showing that Gaussian process regression generally provides a well-performing solution to this type of problem. We propose an active learning algorithm based on the relevance factor, that combines bias estimated from nearest-neighbor Euclidean distance and variance, to achieve higher accuracy with fewer compuational fluid dynamics (CFD) simulations. The obtained performance is evaluated using four 2-D test functions and an experimental CFD case, indicating that the proposed active learning approach outperforms classical random sampling techniques. Thanks to this architecture, the development process of a new commercial UAV can be significantly streamlined by expediting the testing phase through the use of DTs modeled more efficiently.
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