Publicación: Diseño Conceptual de un UAV (MALE)
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Resumen en español
El diseño conceptual de una aeronave no tripulada se inició con la investigación de aeronaves similares que cumplieran con fines parecidos a los establecidos inicialmente como requerimientos de diseño para el UAV a diseñar, entre todos estos parámetros se definió un rango, un tiempo de vigilancia o endurance, una carga paga máxima y un perfil de misión que consta de 10 etapas que se detallaran en el desarrollo de este trabajo. Teniendo presente la metodología de Jan Roskam, publicada en los libros Airplane design aplicada al diseño conceptual de aeronaves, se usó como base para el diseño de la aeronave, teniendo en cuenta que el desarrollo de un UAV no está contemplada en estos libros, por lo tanto se caracteriza en la categoría de single engine o de un solo motor, estas presentan similitudes en el desempeño y en el peso de la aeronave, se recuerda que la selección de estas categorías son necesarias para el desarrollo, ya que existen fórmulas matemáticas para determinar el peso del combustible, el peso de la aeronave, y los puntos óptimos de funcionamiento dependiendo de cada una de las diferentes categorías. Luego de tener calculados los pesos iniciales de la aeronave que es un proceso de iteración, se determinaron las distancias de aterrizaje, despegue, la velocidad crucero entre otros parámetros para así calcular el punto de operación y tener un primer estimativo del área de las alas y la potencia requerida para la aeronave. Una vez obtenido el punto de operación se puede iniciar el desarrollo de las primeras aproximaciones en la geometría de la aeronave como el perfil alar, la configuración del tren de aterrizaje, el área del elevador y del timón de cola, el diámetro del fuselaje, las puertas de acceso, configuración del motor entre otras, todo esto se definió en base a cálculos y comparaciones con aeronaves existentes. Luego del proceso anterior se realizó el balanceo de la aeronave ya que, para que esta sea estable en vuelo debe de estar bien balanceado su centro de gravedad para que no genere momentos indeseados, también se realizó un cálculo para el desempeño, este es esencial para saber cuánto va a ser el tiempo de vuelo tiendo en cuenta el consumo especifico del motor, la geometría, el peso todo los parámetros obtenidos anteriormente, también se realiza este cálculo para determinar los tiempos de acenso de la aeronave a su altura de servicio que es determinada por los diseñadores. Finalmente se realiza el diseño de la aeronave no tripulada en un software CAD para tener una mejor apreciación del trabajo de diseño.
Resumen en inglés
The design of an unmanned airplane began with a research of similar airplane that had similar goals of the ones previously established such a s requirements for the UAV to be designed. Among all these parameters, a range was defined, an endurance, a payload, a mission profile that has ten steps that will be detailed in the development of this paper. Jan Roskman’s method applied to conceptual design of airplane published in Air Design books was taken into account. It was used for the airplane design. Considering that the development of UAV doesn’t appear in these books, it is characterized in the single engine category. These kinds of airplane have similarities in performance and airplane weight. It has to be noticed that the section of these categories are necessary to the development of this thesis due to the mathematical equations for the determination of fuel weight, airplane weight and the optimal function points that depend of each of the categories. After calculating all initial airplane weights, using an iteration process; the landing distance, take off distance, cruise speed among other parameters were determined in order to calculate the operation point and to have a first estimate of the wing area and the required potency of the airplane. Once the operation point is obtained, it’s possible to initiate the first approximations to the airplane’s geometry such as the wing profile, the landing gear configuration, the elevator area, the rudder, the fuselage diameter, the access doors and the engine configuration and others. These were defined by calculation and comparison of existing airplanes as basis. After last process the airplane was balanced for it to be stable during flight. The airplane needs to have its gravity center well balanced in order to avoid undesirable moments. An calculus of the performance was also made. It’s essential to know the time of flight taking into account the specific consumption of the engine, the geometry, the weight and all parameters considered before. A calculus was developed to determine the times of climb of the airplane at its service altitude which is determined by the designers. To conclude the unmanned airplane design is presented using a CAD software to have a better appreciation of de design work.