interés mundial por vehículos no tripulados. -...
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Estefanía Barrón Machado Ana Belén Díaz Quintero José
Antonio López Orantes
Ángel Ortigosa Romero Mª
Luz Santamaría Moreno
Manuel Villegas Díaz
•Interés mundial por Vehículos no tripulados.•Gran abanico de aplicaciones.•Creciente demanda en misiones de vigilancia motivado por:
Aspectos económicos.Versatilidad.
DISEÑO
Dimensiones:‐Semiesfera: r = 15 cm‐Tronco de cono: r = 15 cm; R= 50 cm; L=55 cm‐
Cilindro: L=100 cm; r=50 cm
Marrón CuadernasGris Cuadernas maestrasLargueros cada 30º
COMPONENTES PESO (g)
Fuselaje 5203,72
Ala 4485,06
Winglets 343,57
Cola 476,01
Tren de aterrizaje delantero 600,00
Tren de aterrizaje principal 900,00
Servos 240,00
Motor 1700,00
Sistema de compensación 166,00
Adhesivo 1500,00
PESO EN VACIO 15614,36
COMPONENTES PESO (g)
Fuselaje 5203,72
Ala 4485,06
Winglets 343,57
Cola 476,01
Tren de aterrizaje delantero 600,00
Tren de aterrizaje principal 900,00
Servos y adhesivo 1740,00
Motor 1700,00
Combustible 2900,00
Sistema de compensación 166,00
Carga de pago 15000,00
PESO TOTAL 33514,36
COMPONENTES Xi (cm)
Fuselaje 113,30
Ala 120,00
Winglets 120,00
Cola 210,00
Tren de aterrizaje delantero 67,60
Tren de aterrizaje principal 140,00
Motor 223,00
Combustible 160,00
Sistema compensador 20,00
Carga de pago 1 95,00
Carga de pago 2 75,00
Carga de pago 3 95,00
Cdg final 113,90
Componentes Peso Inicial (g) Peso final (g) Xi inicial (cm) Xi final (cm)
Fuselaje 4378,52 5203,72 170,00 113,30
Ala 6477,24 4485,06 150,00 120,00
Winglets 1000,07 343,57 150,00 120,00
Cola 602,15 476,01 317,105 210,00
Tren delantero 700,00 600,00 210,00 67,60
Tren principal 1000,00 900,00 101,50 140,00
Motor 1700,00 1700,00 335,00 223,00
Combustible 2000,00 2900,00 145,00 160,00
S. compensador 0,00 166,00 0,00 20,00
Carga de pago 1 5000,00 5000,00 145,00 95,00
Carga de pago 2 5000,00 5000,00 90,00 75,00
Carga de pago 3 5000,00 5000,00 90,00 95,00
Fuselaje Céfiro Vulcano I Vulcano II
Peso fuselaje 1 1,39 1,57
Longitud fuselaje 1 2,25 1,59
Cociente Peso/Longitud
1 0,62 0,99
Ala Céfiro Vulcano I Vulcano II
Peso del ala 1 1,47 1,05
Envergadura 1 1,42 1,08
Superficie alar 1 1,84 1,06
Cuerda encastre 1 1,09 0,97
Cociente Peso/Superficie
1 0,79 0,99
AERODINÁMICA
Objetivos
Perfiles
Conseguido 0DC
Polar
Coeficiente de sustentación
Eficiencia Aerodinámica
LLDD CkCkCC 22
10 −+=
L/D max 27,6397432CL max 1,6285193
K1 0,042136352
Cl min drag 0,206342601
K2 0,017389049
Polar
LLD CCC *017389.0*042136.0017.0 2 −+=LLD CCC *017389.0*042136.002507.0 2 −+=
Eficiencia AerodinámicaValores Obtenidos de E
Mejoras y Continuación del desarrollo
E óptima limpia 18,67284813
E óptima sucia 15,38320288
Aplicar Estrechamiento
Mejora Fuselaje
OBJETIVOS•Obtención de curvas T/W vs W/S.•Determinación del punto de diseño.•Estimación de las fracciones de peso.•Generación de curvas Pneed‐Pdisp.•Optimización del crucero y la espera.•Techo teórico.•Diagrama V‐n.•Diagrama Carga de pago‐Radio de acción.
Punto de diseño
Planta Motora
Pout 3,149kW
Cilindrada 42,714 cc
Peso 1,824 kg
Diámetro (cm) 47,11 cm
T/W 0,35
W/S 280 (Pa)
Para el cumplimiento de todos los requisitos:
Distancias de Aterrizaje y Despegue
SEGMENTOS DEL ATERRIZAJE DISTANCIAS (m)
Rodadura 66,58
Rotación 18,03
Transición 39,12
Descenso 88,78
Distancia de despegue 212,49
SEGMENTOS DEL DESPEGUE DISTANCIAS (m)
Rodadura 129,35
Rotación 18,03
Transición 49,75
Ascensión 30,63
Distancia de despegue 227,8
•Consideración de los tres segmentos.•No se requieren flaps.
Optimización de crucero y espera
•Imposibilidad de volar a velocidad óptima.•Palanca óptima para crucero 0,8.•Fracción de peso constante y eficiencia máxima.•Menor consumo.
Optimización de crucero y espera
•Posibilidad de volar a velocidad cercana a la óptima.•Palanca óptima para autonomía 0,6.•Fracción de peso constante y eficiencia máxima.•Menor consumo.
Diagrama V‐n
•Líneas de Ráfagas.•Limitación Estructural.•Cargas Aerodinámicas.•Factor de Carga máximo.
Diagrama Carga de pago‐Radio de acción
•Aumento elevado del alcance.•Posibilidad de cumplir distintas misiones.
ESTABILIDAD LONGITUDINAL Y LATERAL
OBJETIVOS
TRIMADO LONGITUDINALESTABILIDAD LATERAL: VIENTO CRUZADOESTABILIDAD DINÁMICA LONGITUDINALCUMPLIMIENTO FAR 23CRITERIOS DE ESTABILIDAD
ESTABILIDAD ESTÁTICA LONGITUDINALÁngulo de ataque y deflexión del timón de profundidadCrucero 1: α= 0,01256 rad = 0,72º
δ=0,0118 rad = 0,677º
Incidencias: iw=0º it = -0,007 rad= -0,4º
Coeficiente de resistencia: CDitrimmed= 0,0367%
ESTABILIDAD ESTÁTICA LATERAL
Dimensionado de las superficies de controlCola en V: timón de cola
Alerones
ESTABILIDAD ESTÁTICA LATERALConfiguración del ala y ángulo diedro
Ala media, Г=2ºCrucero 1:W/S=182,4 lb/ft s2
Crucero 2:W/S=180,81 lb/ft s2
Beta
ALA ALTA Г=2º
15º
ALA MEDIA Г=0º
15º
ALA MEDIA Г=2º
15º
ALA MEDIA Г=4º
15º
ф 29,616º 15,74º 16,42º 17,1º
δa 2,876º 0,493º 2,876º 5,24º
δr 15,67º 18,88º 15,67º 12,48º
Beta 0º 5º 10º 15º
ф(varia con V) 6,245E‐04º 5,45º 10,926º 16,42º
δa 1,11E‐04º 0,968º 1,95º 2,876º
δr 6,53E‐04º 5,62º 10,89º 15,67º
Beta 0º 5º 10º 15º
ф(varia con V) 6,3E‐04º 5,5º 11,024º 16,57º
δa 1,11E‐04º 0,968º 1,95º 2,876º
δr 6,53E‐04º 5,62º 10,89º 15,67º
ESTABILIDAD ESTÁTICA LATERALAla media, diedro=2º: Crucero 1 y 2, Beta = 15º
Beta 15º
Ф
(varia con V) 16,42º
δa 2,876º
δr 15,67º
Beta 15º
Ф
(varia con V) 16,57º
δa 2,876º
δr 15,67º
CRITERIOS DE ESTABILIDADCriterio “Forward Speed Stability”:
Criterio “Side Speed Stability”:
Criterio “Vertical Speed Stability”:
Criterio “Angle of attack stability”:
Criterio “Angle of Sideslip Stability”:
Criterio “Pitch Rate Stability”:
Criterio “Effect of Forward Speed on Pitching Moment”:
Criterio “Effect of Sideslip on Rolling Moment”:
CONCLUSIONES
•Diseño simple
•Uso de materiales convencionales y conocidos
•Requisitos aerodinámicos cumplidos:
CD0 y eficiencia aerodinámica adecuados.Solución de compromiso entre las partes.
MEJORAS
Aligerar las costillas previo estudio detallado.Estudio estático y dinámico de la estructura.Disminución del diámetro del fuselaje con el fin de:
Mejorar estética.Mejorar aerodinámica.Reducir planta motora.Utilizar modelos de cálculo más exactos en propulsión y actuaciones.
• Especificaciones de diseño:
- MTOW no superior a 70 Kg.
- Autonomía definida por la misión.
- Velocidad de crucero mínima ~ 90 Km/h.
- Velocidad máxima ~ 200 Km/h.
- Distancia de despegue y aterrizaje inferior a 300 m.
- Altitud de crucero de operación de 300 m sobre el nivel del suelo con una velocidad de subida mínima de 500 ft/min.
- Cumplir la misión establecida.
• Especificaciones de diseño:
- Ser capaz de alojar la carga de pago.
- Planta motora convencional con motores 2T o 4T pero utilizando plantas motoras disponibles “off the shelf”.
- Fácil construcción y reparación.
- Diseño fácilmente adaptable para misiones con mayor carga de pago ó autonomía.
- Uso de materiales y tecnologías disponibles.
- Ala fija.