Trabajo Fin de Grado en Ingeniera Aeroespacial Rosendo

Trabajo Fin de Grado en Ingeniería Aeroespacial Rosendo Sánchez Fernández Valencia, Febrero 2017

ELABORACIÓN DE UNA MAQUETA DE EKRANOPLANO PARA SU SENSORIZACIÓN Y CONTROL Autor: Rosendo Sánchez Fernández Tutor: Miguel Ángel Mateo Pla

Índice General 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Introducción Elaboración de la maqueta Configuración electrónica Caracterización física Sistema Inercial Programa Matlab Conclusiones 3

1. Introducción Modelo de aeronave seleccionado: § Ekranoplano Objetivos del proyecto: § § § § Diseño estructural de la maqueta Construcción física del modelo Estudio aerodinámico de la maqueta Desarrollo de un programa de control inalámbrico Configuración y calibración de los sensores inerciales Cálculo de la actitud de la aeronave a partir de los sensores inerciales Implementación de un algoritmo capaz de estabilizar la aeronave a partir de los datos aerodinámicos y los valores de actitud calculados. § Prueba en vuelo 4

2. Elaboración de la maqueta Patente US 3190582 A de Alexander M. Lippisch Patente 5105898 A de Charles G. Bixel 5

2. Elaboración de la maqueta Programa utilizado: Siemens NX 9. 0 6

2. Elaboración de la maqueta Poliestireno expandido de 3 mm de grosor Madera de contrachapado de 5 mm de grosor 7

2. Elaboración de la maqueta Construcción física y unión de todos los componentes: 8

2. Elaboración de la maqueta Perfil NACA 4108: § Cuerda § Curvatura máxima § Situación de la curvatura máxima § Espesor máximo c = 97 mm f/c = 4 xf/c = 10 t/c = 08 9

3. Configuración electrónica Componentes electrónicos: § P-NUCLEO-IHM 001: § NUCLEO-F 302 R 8 § X-NUCLEO-IHM 07 M 1 § MOTOR PMSM BRUSHLESS 3 -FASES 10

3. Configuración electrónica Componentes electrónicos: § P-NUCLEO-IHM 001: § NUCLEO-F 302 R 8 § X-NUCLEO-IHM 07 M 1 § Acelerómetro § Giroscopio § Magnetómetro § MOTOR PMSM BRUSHLESS 3 -FASES § X-NUCLEO-IKS 01 A 1 11

3. Configuración electrónica Componentes electrónicos: § P-NUCLEO-IHM 001: § NUCLEO-F 302 R 8 § X-NUCLEO-IHM 07 M 1 § MOTOR PMSM BRUSHLESS 3 -FASES § X-NUCLEO-IKS 01 A 1 § ESC TURNIGY MULTISTAR 20 A 12

3. Configuración electrónica Componentes electrónicos: § P-NUCLEO-IHM 001: § NUCLEO-F 302 R 8 § X-NUCLEO-IHM 07 M 1 § MOTOR PMSM BRUSHLESS 3 -FASES § X-NUCLEO-IKS 01 A 1 § ESC TURNIGY MULTISTAR 20 A § TELEMETRÍA HM-TRP 433 MHz 13

3. Configuración electrónica Componentes electrónicos: § P-NUCLEO-IHM 001: § NUCLEO-F 302 R 8 § X-NUCLEO-IHM 07 M 1 § MOTOR PMSM BRUSHLESS 3 -FASES § X-NUCLEO-IKS 01 A 1 § ESC TURNIGY MULTISTAR 20 A § TELEMETRÍA HM-TRP 433 MHz § SERVOMOTOR MICRO-SG 90 DIGITAL 14

3. Configuración electrónica Componentes electrónicos: Batería LIPO 2200 m. Ah – 11. 1 V § P-NUCLEO-IHM 001: § NUCLEO-F 302 R 8 § X-NUCLEO-IHM 07 M 1 § MOTOR PMSM BRUSHLESS 3 -FASES § X-NUCLEO-IKS 01 A 1 Power Bank 2600 m. Ah – 5 V § ESC TURNIGY MULTISTAR 20 A § TELEMETRÍA HM-TRP 433 MHz § SERVOMOTOR MICRO-SG 90 DIGITAL § MÓDULO DE ALIMENTACIÓN 15

3. Configuración electrónica Programas: STM 32 Cube. MX KEIL μVision 5 System Workbench for STM 32 *Hasta 32 kb 16

3. Configuración electrónica Cableado externo: 17

4. Caracterización física 18

4. Caracterización física Parámetros físicos de las alas: § Cuerda media aerodinámica Origen de referencia § Envergadura § Superficie de referencia § Estrechamiento § Alargamiento § Ángulo de flecha § Centro aerodinámico § Coeficiente de sustentación 19

4. Caracterización física Ala principal Ala secundaria 20

4. Caracterización física Parámetros globales de la aeronave: § Masa de referencia § Centro de gravedad § Coeficiente de sustentación total § Coeficiente de momento § Punto neutro 21

4. Caracterización física Parámetros globales de la aeronave Ecuación de la estabilidad 22

4. Caracterización física Modelización del empuje del motor: § Ley de Hooke: Tmax = 1, 9 N ~ 200 gr 23

4. Caracterización física Modelización del ángulo del ala trasera: 24

5. Sistema Inercial Calibración de los sensores inerciales: § Obtener valores respecto a nuestro sistema de referencia § Convertir medidas a nuestro sistema de unidades § Determinar error bias § Determinar error debido al factor de escala Cálculo de la actitud § θ: Ángulo de cabeceo § φ: Ángulo de giro § ψ: Ángulo de guiñada 25

5. Sistema Inercial Ejemplo de calibración: Acelerómetro Sistema de referencia Error bias 26

6. Programa Matlab o Control de la aeronave mediante envío de datos con comprobación. Mensaje de 8 bytes § Byte A: Encendido/apagado del motor § Byte D: Servomotor izquierdo § Byte B: Velocidad del motor § Byte E: Servomotor horizontal § Byte C: Servomotor derecho o Recepción de las lecturas inerciales. o Cálculo y representación de la actitud. 27

6. Programa Matlab 28

7. Conclusiones Objetivos § Diseño estructural § Construcción física del modelo § Estudio aerodinámico § Desarrollo de un programa de control inalámbrico § Configuración y calibración de los sensores inerciales § Cálculo de la actitud de la aeronave § Algoritmo capaz de estabilizar la aeronave § Prueba en vuelo 29

7. Conclusiones Experiencia personal: § Utilización de conocimientos muy variados (muchos de ellos aprendidos durante la carrera junto al aprendizaje de otros nuevos) Diseño, fabricación, electrónica, programación, aerodinámica, etc. § Involucración en todas las fases por la que pasa un proyecto desde su concepción hasta su entrega final Viabilidad, recursos necesarios, diseño, montaje, desarrollo, pruebas, costes finales del prototipo más costes de su replicación, etc. § Satisfacción personal de realizar algo que te gusta Proyectos futuros: § Mejorar las prestaciones de empuje § Añadir tubo de pitot § Estudio en túnel de viento § Implementar un filtro de Kalman 30

Final de la presentación GRACIAS POR SU ATENCIÓN