Análisis de la geometría de las superficies de control de un ala fija para mejorar su controlabilidad

Actualmente, el campo de los vehículos autónomos no tripulados (UAV) está en auge debido en parte al abaratamiento de la electrónica. Esto ha causado que la tecnología de control y maniobra de este tipo de sistemas llegue a multitud de desarrolladores (makers) que diseñan y fabrican sus propios prototipos. Especialmente, en el campo de las alas fijas no abunda una literatura que marque pautas de optimización o mejora en el diseño. Con este trabajo, se pretende delimitar una serie de parámetros para mejorar la controlabilidad y estabilidad del sistema.

Se analiza cómo diferentes geometrías de superficies de control afectan a la controlabilidad de un prototipo de ala fija sin cola. Esta arquitectura no es convencional y, al no tener cola, presenta un desafío al contar únicamente con dos superficies de control para la estabilidad longitudinal y lateral de la aeronave.

En primer lugar, se estudia el punto de trimado del prototipo con el fin de tener una referencia de velocidad entorno a la que enfocar el estudio. Para ello se utilizarán cálculos numéricos y el software libre XFLR5.

Después, se estudian las características aerodinámicas y de estabilidad de la arquitectura, tratando de comparar varios parámetros de las superficies de control; en particular, el porcentaje en cuerda y la posición del centroide. Se realizan numerosos estudios aerodinámicos en los que, variando estos parámetros, se analiza la posición de los polos en la representación en función de transferencia de ambos modelos (longitudinal y lateral). Así mismo, se estudia la ganancia del sistema para comprobar que este no se haga excesivamente sensible y que el punto de trimado esté situado en la zona central del rango de actuación.

Tras el estudio se concluyen unos valores de la geometría de la superficie de control (cuerda y distancia eje central a centroide de superficie) para un comportamiento óptimo.