Autores:
- Alejandro Sánchez Carmona
- Miguel Antonio Antón Díez
- Cristina Cuerno Rejado
- Miguel Ángel Gómez Tierno
- Introducción
El empleo de los Sistemas Áereos no Tripulados, o RPAS, está cada día más extendido en la sociedad, tanto desde el punto de vista de misiones civiles como para un uso simplemente lúdico. Esta expansión en cuanto a clientes o usuarios se refiere, tiene una retroalimentación directa sobre los diseñadores de RPAS. Los clientes destacan fortalezas y debilidades de los productos que los diseñadores deben considerar en las futuras aeronaves a desarrollar, adaptándose así a las necesidades del mercado.
En este contexto, desde la ETSI Aeronáutica y del Espacio de la Universidad Politécnica de Madrid y, a través de una metodología de aprendizaje basada en proyectos, se propone a los alumnos de las asignaturas de Sistemas Aéreos no Tripulados y de Sistemas de Control de Vuelo, ambas del Máster Universitario en Ingeniería Aeronáutica, un proyecto de diseño de un RPAS. El proyecto, que ha constado con el apoyo y supervisión de Airbus, parte de un aeromodelo de radiocontrol de referencia, sobre el cual se deberán realizar los cambios de diseño oportunos para obtener el mejor ratio autonomía-peso posible. Puesto que el objetivo del trabajo es maximizar este cociente, los alumnos forman grupos para así establecer una competencia entre ellos.
- Métodos
El proyecto de diseño propuesto consta de dos bloques principales: caracterización del aeromodelo de referencia y rediseño del mismo.
La primera fase permite a los estudiantes familiarizarse con las herramientas de cálculo necesarias para determinar las actuaciones y la estabilidad y control de un RPAS de pequeño tamaño. Estas herramientas son las que habitualmente se emplean en el diseño conceptual de aeronaves, tales como los métodos de Roskam o Torenbeek para los cálculos de las derivadas de estabilidad y la polar; softwares comerciales para la estimación de la potencia proporcionada y consumida por los motores eléctricos brushless; o experimentos y cálculos sencillos para la estimación de las propiedades másicas de la aeronave completa.
Para la segunda fase se establecerá una misión de diseño que el aeromodelo rediseñado deberá cumplir. A continuación, se implementarán los cambios en el aeromodelo de referencia, estando impuesto que, al menos, se debe modificar una superficie sustentadora. Aplicando las metodologías de cálculo validadas con el aeromodelo de referencia, se estimará su ratio autonomía-peso, así como su estabilidad y controlabilidad. Tras ello, se deberán fabricar los elementos rediseñados por medio de impresión aditiva, que son los medios que proporciona la universidad. Finalmente, se diseñará de forma teórica los Sistemas de Aumento de Estabilidad (SAS) y Autopilotos (AP) del aeromodelo rediseñado siguiendo una metodología análoga a la empleada en la industria para aeronaves convencionales.
- Resultados y discusión
Los diseños presentados por los alumnos fueron muy innovadores y de un nivel técnico elevado, a la vista del tiempo disponible. El requisito de tener que utilizar impresión aditiva no pudo llevar a mejorar el ratio autonomía-peso del aeromodelo de referencia, pero sí hubo diferencias entre las soluciones alcanzadas por los diferentes grupos. El diseño teórico de los SAS y AP fue satisfactorio y están disponibles para su implementación hardware.
Palabras clave
Ponencia Online
Documentación de apoyo a la presentación ONLINE de la ponencia
Pablo Nogales Criado
Comentó el 04/05/2021 a las 16:55:45
Buenas, muchas gracias por la ponencia. Yo tengo una pregunta sobre el sistema de control de vuelo y autopilot programados en simulink, ¿hasta qué punto se llegó con el algoritmo de control? ¿se tuvieron en cuenta la inclusión por ejemplo de ráfagas variables en el modelo de aumento de estabilidad? ¿se llegaron a implementar maniobras de autolanding y despegue autónomo?
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Alejandro Sanchez-Carmona
Comentó el 05/05/2021 a las 09:17:27
Hola, Pablo. Puesto que se trataba de un ejercicio académico, para que les diese tiempo a terminar, se consideraba que la atmósfera estaba en calma y se programaba el autopiloto en condiciones de crucero. Por tanto, no se llegó a implementar despegue o aterrizaje autónomo.
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Sergio Camargo Navajas
Comentó el 04/05/2021 a las 12:05:48
Muchas gracias por la ponencia! Una pregunta, ¿Cómo se integra esta asignatura con el resto del plan de estudios? Ya que debe consumir mucho tiempo y esto suele ser el principal problema para proyectos tan ambiciosos. ¿Se modificó algo del resto de asignaturas o simplemente el plan de estudios era lo suficientemente flexible como para hacerlo viable?
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Alejandro Sanchez-Carmona
Comentó el 04/05/2021 a las 15:15:28
Me alegro de que te haya gustado la ponencia, Sergio. La verdad es que dimensionar correctamente el trabajo fue una de nuestras principales preocupaciones. El plan de estudios estaba estructurado hasta ese año de tal forma que las dos asignaturas (Sistemas Aéreos no Tripulados y Sistemas de Control de Vuelo) se calificaban mediante un trabajo en grupo. Así que teníamos la flexibilidad suficiente como para, simplemente "cambiando" la temática de los trabajos y el seguimiento de los mismos, incorporar el proyecto que hemos descrito en la ponencia. Por tanto, el resto de asignaturas no tuvo que cambiar su organización.
Muchas gracias por tu interés en la ponencia.
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Antonio Ángel Cuenca Ávalos
Comentó el 04/05/2021 a las 11:59:00
Buenas, muchas gracias por la ponencia. Nos han enseñado algunas piezas de lo que sería el rediseño (alas, por ejemplo), pero ¿lograron finalmente materializar el RPAS rediseñado? ¿Hubo alguna prueba de vuelo?
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Alejandro Sanchez-Carmona
Comentó el 04/05/2021 a las 15:17:57
Hola Antonio. Muchas gracias por tu pregunta. Como he comentado durante la presentación, no hubo tiempo suficiente como para terminar con la fabricación y el montaje de las aeronaves rediseñadas. El objetivo, ambicioso, del proyecto es que pudieran terminar de montar todo e, incluso, que pudieran programar el autopiloto en las placas PixHawk, para realizar así ensayos en vuelo. Pero lamentablemente no tuvieron tiempo para hacerlo durante el semestre que abarca la asignatura.
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Antonio Ángel Cuenca Ávalos
Comentó el 04/05/2021 a las 18:58:59
De acuerdo, muchas gracias por contestar.
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