Ingeniería Mecánica · 2021
Diseño y simulación de un prototipo de un vehículo aéreo no tripulado de despegue vertical y vuelo horizontal
Los vehículos aéreos no tripulados (en sus siglas VANT) son aquellos que vuelan y hacen su trabajo sin alguna tripulación humana a bordo. Estos son usados actualmente para fotografías aéreas, servicios de vigilancia, usos militares, estudios climatológicos y otros fines de tipo comercial. Los VANT son equipos que han marcado la tendencia en el mercado en los últimos años, dado que estas aeronaves están diseñadas para llegar a lugares que son de difícil acceso dadas sus características como el diseño, el peso que facilitan el reconocimiento de zonas restringidas además no tiene limitaciones de manejo u operación por parte de un piloto...
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Contenido
- DEFINICIÓN DE LA PROPUESTAp. 8
- Introducciónp. 8
- Problema de Investigaciónp. 8
- Regiones en Colombia con más Pérdidas de Alimentosp. 9
- Objetivosp. 9
- Generalp. 9
- Especificop. 9
- Justificaciónp. 9
- AERODINAMICOSp. 10
- Variables Atmosféricas en la Aeronáuticap. 10
- Fluidop. 10
- Presiónp. 10
- Temperaturap. 10
- Densidadp. 11
- Viscosidad Dinámicap. 11
- Ecuación de Bernoullip. 11
- Angulo de Ataquep. 12
- Numero de Reynoldsp. 12
- 2.10 Factor de Alargamientop. 13
- 2.11 Coeficientesp. 13
- Cálculo de Coeficiente de Sustentaciónp. 13
- Cálculo de Coeficiente de Resistencia al Avancep. 14
- Cálculo de Coeficiente de Momento de Cabeceop. 14
- 2.12 Características del Perfil Alar o Aerodinámicop. 15
- Perfil Alarp. 15
- Tipo de Perfiles Aerodinámicosp. 16
- 2.13 Características del Alap. 17
- Posición del Alap. 17
- Formas del Alap. 18
- 2.14 Tipos y Usos de Aeronavesp. 19
- Aeronaves de Vuelo Vertical (Ala Rotativa)p. 19
- Tipo de Aeronave de Ala Rotativap. 19
- Aeronaves de Ala Fijap. 20
- Tipo de Aeronaves de Ala Fijap. 20
- Uso de las Aeronavesp. 20
- 2.15 Aeronaves Tipo VANTp. 21
- Clasificación General de los VANTp. 22
- Clasificación de UAV Según Tipo de Alap. 22
- UAV de Ala Fijap. 22
- UAV de Ala Rotativap. 23
- UAV Tipo VTOLp. 24
- Sistemas de Propulsión Igual para Vuelo Vertical y Horizontalp. 24
- Sistemas de Propulsión Diferente para Vuelo Vertical y Horizontalp. 26
- 2.16 Simulaciónp. 26
- Geometríap. 26
- Generación y Selección de Mallap. 27
- Volumen de Controlp. 27
- Contorno de Presión (Pressure Contour)p. 27
- Contorno de Velocidad (Velocity Contour)p. 28
- Viscosidad de Turbulencia (Eddy Viscosity)p. 28
- HORIZONTALp. 9
- Antecedentes de las Aeronavesp. 29
- Primera Aeronavep. 29
- Prototipo del futuro del KLM y DELFT (FLYING-V)p. 30
- 3.1.2.1 Diseño del Avión del Futuro (MAVERIC)p. 31
- Diseño de un Prototipo VANT de Despegue Vertical y Vuelo Horizontalp. 31
- Diseño del Fuselajep. 31
- Diseño de Cola (Estabilizador Vertical y Horizontal)p. 32
- Perfil Aerodinámicop. 33
- Ensamblep. 34
- Simulación ANSYSp. 35
- Estructura ANSYS FLUENTp. 35
- Simulación Perfil Aerodinámicop. 36
- Generación de Malla para el Perfil Alarp. 37
- Contornos de Presión, Velocidad y Viscosidad para Perfil Alarp. 37
- 3.3.4.1 Modelo de Turbulencia para la Simulaciónp. 37
- Simulación del Alap. 39
- Volumen de Control del Alap. 40
- Generación de Malla para la Superficie Alarp. 40
- Contornos de Presión, Velocidad y Viscosidad del Alap. 41
- Simulación de la Aeronavep. 42
- Volumen de Control de la Aeronavep. 43
- Generación de Malla para la Aeronavep. 44
- Contornos de Presión, Velocidad y Viscosidad de la Aeronavep. 44
- Avance en la construcción de la aeronave tipo VANTp. 45
- RESULTADOSp. 46
- Resultado 1: Diseño de la Aeronavep. 46
- Resultado 2: Simulación Perfil Alarp. 46
- Graficas de Contorno de Presión, Velocidad y Viscosidad del Perfil Alar A 0°p. 47
- Graficas de Contorno de Presión, Velocidad y Viscosidad del Perfil Alar A 5°p. 48
- Graficas de Contorno de Presión, Velocidad y Viscosidad del Perfil Alar A 10°p. 49
- Resultado 3: Simulación del Alap. 51
- Graficas de Contorno de Presión, Velocidad del Ala A 0°p. 51
- Graficas de Contorno de Presión, Velocidad del Ala A 5°p. 52
- Graficas de Contorno de Presión, Velocidad del Ala A 10°p. 53
- Resultado 4: Simulación de la Aeronavep. 54
- Graficas de Contorno de Presión, Velocidad de la Aeronave A 0°p. 54
- Líneas de Flujo de la Aeronavep. 55
- Resultado 5: Coeficientes de Levantamiento y Arrastrep. 56
- CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROSp. 58
- Conclusionesp. 58
- Recomendaciones a Trabajos Futurosp. 58
- BIBLIOGRAFÍAp. 59
- ANEXOSp. 62
- Figura 2.1 Principio de Bernoulli aplicado en un ala.[1]p. 12
- Figura 2.2 Angulo de ataque en un perfil alar.[4]p. 12
- Figura 2.3 Momento de cabeceo. [9]p. 14
- Figura 2.4 Perfil Alar NACA 2415.[11]p. 15
- Figura 2.5 Partes y del Perfil Alar.[10]p. 15
- Figura 2.6 Tipos de Perfiles Aerodinámicos.[12]p. 16
- Figura 2.7 Ala Alta (CESSNA 182 SKYLANE). [Autor]p. 17
- Figura 2.8 Ala Media (EXTRA 300sp). [Autor]p. 17
- Figura 2.9 Ala Baja (MARACANA). [Autor]p. 18
- Figura 2.10 Formas De Alas.[13]p. 18
- Figura 2.11 Aeronave De Ala Fija (Boeing 787-9). [Autor]p. 20
- Figura 2.12 Aeronave De Entrenamiento (Slingsby T-67 Firefly)[17]p. 21
- Figura 2.13 Aeromodelo Ala Fija (Avistar Elite 46 Tráiner). [Autor]p. 22
- Figura 2.14 Drone Cuadricóptero (Tello Djii). [Autor]p. 23
- Figura 2.15 Helicóptero (Syma S36). [Autor]p. 23
- Figura 2.16 UAV Tipo VTOL (Nimbus 1800)[20]p. 24
- Figura 2.17 UAV Tipo VTOL (Bell-Boeing V-22 Osprey)[21]p. 24
- Figura 2.18 UAV tipo VTOL (LTV XC-142)[23]p. 25
- Figura 2.19 UAV Tipo VTOL (Bell X-22A)[24]p. 25
- Figura 2.20 UAV Tipo VTOL (Esquema Propulsión)[20]p. 26
- Figura 2.21 Modelo UAV tipo VTOL.[26]p. 26
- Figura 2.22 Volumen De Control.[27]p. 27
- Figura 2.23 Contorno De Presión (Pressure Contour). [Autor]p. 27
- Figura 2.24 Viscosidad De Turbulencia (Eddy Viscosity). [Autor]p. 28
- Figura 3.1 Fuselaje en material compuesto.[31]p. 29
- Figura 3.2 Clément Ader (Éole).[33]p. 30
- Figura 3.3 KLM And DELFT(FLYING-V).[35]p. 30
- Figura 3.4 Airbus Maveric.[37]p. 31
- Figura 3.5 Plano Fuselaje VANT. [Autor]p. 32
- Figura 3.6 Diseño Fuselaje CAD. [Autor]p. 32
- Figura 3.7 Plano Estabilizador Vertical Y Horizontal. [Autor]p. 33
- Figura 3.8 Diseño CAD Estabilizador Vertical Y Horizontal. [Autor]p. 33
- Figura 3.9 Perfil Aerodinámico (Clark Y).[38]p. 33
- Figura 3.10 Diseño Del Ala Con Respectiva Conicidad. [Autor]p. 34
- Figura 3.11 Diseño Completo Y Ensamble Del VANT Tipo VTOL. [Autor]p. 35
- Figura 3.12 Software ANSYS FLUENT y Estructura. [Autor]p. 36
- Figura 3.13 Geometría Perfil Aerodinámico. [Autor]p. 36
- Figura 3.14 Malla Perfil Aerodinámico. [Autor]p. 37
- Figura 3.15 Grafica Efectos Residuales Perfil Alar A 0°. [Autor]p. 38
- Figura 3.16 Grafica Efectos Residuales Perfil Alar A 5°. [Autor]p. 38
- Figura 3.17 Grafica Efectos Residuales Perfil Alar A 10°. [Autor]p. 38
- Figura 3.18 Geometría Del Ala. [Autor]p. 39
- Figura 3.19 Volumen De Control Para El Ala. [Autor]p. 40
- Figura 3.20 Malla Superficie Alar. [Autor]p. 41
- Figura 3.21 Grafica Efectos Residuales Superficie Alar A 0°. [Autor]p. 41
- Figura 3.22 Grafica Efectos Residuales Superficie Alar A 5°. [Autor]p. 42
- Figura 3.23 Grafica Efectos Residuales Superficie Alar A 10°. [Autor]p. 42
- Figura 3.24 Geometría De La Aeronave. [Autor]p. 43
- Figura 3.25 Volumen De Control De La Aeronave. [Autor]p. 43
- Figura 3.26 Grafica Efectos Residuales Aeronave A 0°. [Autor]p. 44
- Figura 3.27 Construcción Modelo UAV. [Autor]p. 45
- Figura 4.1 Diseño De Modelo Aeronáutico Tipo VTOL. [Autor]p. 46
- Figura 4.2 Grafica De Presión Con Angulo De Ataque A 0°. [Autor]p. 47
- Figura 4.3 Grafica De Velocidad Con Angulo De Ataque A 0°. [Autor]p. 47
- Figura 4.4 Grafica De Viscosidad Con Angulo De Ataque A 0°. [Autor]p. 48
- Figura 4.5 Grafica De Presión Con Angulo De Ataque A 5°. [Autor]p. 48
- Figura 4.6 Grafica De Velocidad Con Angulo De Ataque A 5°. [Autor]p. 49
- Figura 4.7 Grafica De Viscosidad Con Angulo De Ataque A 5°. [Autor]p. 49
- Figura 4.8 Grafica De Presión Con Angulo De Ataque A 10°. [Autor]p. 50
- Figura 4.9 Grafica De Velocidad Con Angulo De Ataque A 10°. [Autor]p. 50
- Figura 4.10 Grafica De Viscosidad Con Angulo De Ataque A 10°. [Autor]p. 51
- Figura 4.11 Grafica De Presión Con Angulo De Ataque A 0°. [Autor]p. 51
- Figura 4.12 Grafica De Velocidad Con Angulo De Ataque A 0°. [Autor]p. 52
- Figura 4.13 Grafica De Presión Con Angulo De Ataque A 5°. [Autor]p. 52
- Figura 4.14 Grafica De Velocidad Con Angulo De Ataque A 5°. [Autor]p. 53
- Figura 4.15 Grafica De Presión Con Angulo De Ataque A 10°. [Autor]p. 53
- Figura 4.16 Grafica De Velocidad Con Angulo De Ataque A 10°. [Autor]p. 54
- Figura 4.17 Grafica De Presión Con Angulo De Ataque A 0°. [Autor]p. 55
- Figura 4.18 Grafica De Velocidad Con Angulo De Ataque A 0°. [Autor]p. 55
- Figura 4.19 Grafica De Líneas De Flujo Para El Aeronave. [Autor]p. 56
- Figura 4.20 Tabla de Coeficientes Perfil Alar [40] [Autor]p. 56
- Figura 4.21 Tabla de Coeficientes Aeronave. [Autor]p. 56