Máster en Ingeniería Aeronáutica

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Estudio de sensibilidad del método DFMA en mecanizado
(2013) Morillo Millán, Álvaro; Bohórquez Jiménez, Luis Valentín; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingenieria Mecánica y Fabricación
El presente estudio que se procede a desarrollar surge debido a la exigencia de simplificar el método DFMA eliminando aquellas variables que no influyen excesivamente en el coste final de la pieza y por tanto no son necesarias de conocer a priorí en la estimación inical del coste de la pieza. Para ello se decide realizar un estudio de sensibilidad para ver que variables son realmente importantes, en particular se cuestiona si el material de las herramientas, las penetraciones, las fijaciones asi como el diámetro y la profundidad de corte son variables de peso. Para ello se selecciona una muestra de 18 piezas formadas por 6 grupos de 3 piezas, cada grupo de una tipología distinta, se estudian que operaciones hay que realizarles a cada pieza y se programan dichas operaciones en visual basic de Excel. En ese mismo código se programa la variación de dichas variables y se recogen los resultados para ver que parámetros han pertubado mas el coste final de la pieza. Esto se hace tanto a nivel de cada operación así como para el total de la pieza. El presente estudio está estructurado comenzando en el capítulo 1 por una descripción del método DFMA, enn el cual se desarrollan y exponen las ecuaciones de dicho método. A continuación en el capítulo 2 se muestra la clasificación de piezas asi como la muestra de 18 piezas con sus características físicas y con sus operaciones y volúmenes de mecanizado asociados. En el capítulo 3 se explica brevemente como se ha desarrollado en Excel y en visual basic tal estudio explicando sin entrar en detalle las partes del programa asi como partes del código. En el capítulo 4 se encuentran los resultados y análisis extraidos de dicho estudio y es en este capítulo donde se intenta razonar que es lo que ocurre. Finalmente en el quinto y ultimo capítulo se expresan las conclusiones extraidas del capítulo 4.
Diseño, desarrollo y evaluación del software de vuelo de la misión CEPHEUS
(2016) Plaza Gomariz, Pablo; Quero Reboul, José Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Electrónica
En el presente trabajo se recoge la base documental y el proceso inicial de elaboración de software para la plataforma cubesat del proyecto CEPHEUS. El proyecto se distribuye en un Capítulo inicial sobre el estado del arte y las técnicas de programación empleadas, así como una presentación sobre el proyecto de construcción del satélite. A continuación se muestran los requerimientos iniciales de la misión y las características principales del proceso de planificación. En el Capítulo de Estructura del Proyecto se presenta la gestión de la documentación necesaria para llevar a cabo un proyecto de esta características, además de distintas herramientas útiles de gestión para el control de la calidad del proceso. A continuación, en el Capítulo Diseño se tienen los diagramas funcionales y características de interés de las principales tareas que debe llevar a cabo los sistemas de la plataforma. Por último se han descrito las interfaces, las entradas y salidas y las definiciones de los hilos principales, así como las funciones que inicializan los principales sistemas. El proyecto finaliza con las pruebas funcionales realizadas para validar el diseño e implementación del código, seguido de las conclusiones y trabajos futuros que pueden ser de interés para la consecución de una plataforma plenamente funcional y operativa.
Análisis del desacoplo dinámico de robots aéreos
(2016) Martínez Vázquez, Rafael; Acosta Rodríguez, José Ángel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Simulación de vuelo de múltiples UAVs de ala fija
(2016) Lobit Cerrato, Alberto; Ollero Baturone, Aníbal; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
El objetivo de este Trabajo Fin de Máster es la simulación en el entorno de programación MATLAB® de distintos casos de vuelo con múltiples vehículos aéreos no tripulados (UAVs). Para ello se han diseñado tres programas diferentes en MATLAB® cada uno con distintas simulaciones para ver como actuarían en la vida real los UAVs ante diferentes perturbaciones. Hay un primer programa para barrer áreas rectangulares, pudiéndose desactivar un UAV en plena simulación. Un segundo programa para ver como interaccionan entre sí varios conjuntos de UAVs al localizar objetivos para después profundizar más en esos objetivos con otro UAV y un tercer programa que se parece al primero, pero en el cual, los UAVs de un único conjunto despegan y aterrizan de una base para barrer un área cuya única condición es que sea convexa. Se han utilizado diversas interfaces gráficas para modificar cómodamente los parámetros de los programas por parte del usuario.
Fabricación y caracterización de piezas de material compuesto realizadas en impresoras 3D
(2016) Brioso Díez, Carmen; Justo Estebaranz, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras e Ingeniería del Terreno
Dentro de la fabricación aditiva, la impresión 3D de materiales plásticos es un proceso en auge en la actualidad. Las ventajas que presenta en la fabricación de geometrías completas, la alta personalización de los productos, además de la inmediatez percibida en el proceso la hace firme candidata a generar una nueva revolución industrial. Sin embargo, para aplicaciones que requieran componentes resistentes, no es una opción válida. Con esta idea surge la impresión 3D con refuerzos de filamentos de fibra. De esta forma se pueden fabricar piezas funcionales con buenas características. El objetivo de este trabajo ha sido profundizar en el conocimiento de la impresora Mark One®, desde la caracterización de los materiales, al estudio de posibilidades en piezas reales.
Probabilistic Aircraft Conflict Detection Using Transformation of Random Variables
(2016) Hernández Romero, Eulalia; Valenzuela Romero, Alfonso; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
En este proyecto se estudia la situación de conflicto en la que dos aeronaves se aproximan con velocidad, rumbo y altitud constante en el mismo nivel de vuelo, bajo la presencia de vientos desconocidos definidos por su función de densidad de probabididad. Se considera que un conflicto se produce cuando se predice que en el futuro las aeronaves se encontrarán en pérdida de separación, es decir, cuando se predice que las aeronaves se encontrarán a una distancia entre ellas menor que un margen mínimo de separación. El conflicto se caracteriza por una serie de indicadores, tales como la mínima distancia entre aeronaves, el instante de tiempo en el que se alcanza esta distancia o la probabilidad de que este se produzca. En este proyecto se realiza un estudio probabilístico usando transformación de variables aleatorias. Con este método, es posible obtener la función de densidad de los indicadores a partir de una transformación de la función de densidad del viento. Los resultados obtenidos son comparados y validados usando el método de Monte Carlo. Para dos escenarios diferentes, se estudian los efectos de las propiedades estadísticas del viento, tales como su media o varianza, y de la velocidad de las aeronaves sobre los indicadores.
Diseño y análisis de un avión de radiocontrol no convencional empleando métodos de fabricación aditiva orientado al prototipado rápido
(2016) Narbona González, Jorge; Esteban Roncero, Sergio; Llamas Sandín, Raúl Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
Este proyecto trata del diseño de un avión de radiocontrol con configuración canard, cubriendo para ello una serie de requisitos iniciales de diseño. A lo largo del diseño, se pasa por una serie de fases que van desde el diseño conceptual hasta el diseño detallado, mediante un proceso iterativo en que se intenta llegara una solución de compromiso en numerosos aspectos relacionados con la aerodinámica, la estabilidad, las actuaciones, la propulsión y el diseño del avión. Junto con el diseño, se presentan una serie de cálculos y resultados necesarios que incluyen el diseño de las superficies del avión, el estudio de las características aerodinámicas en diversas maniobras, el análisis dela estabilidad estática y dinámica, el dimensionado de las superficies de control y el diseño del motor y el tren de aterrizaje. Además, para cerrar el diseño, se realizan estudios del avión en un simulador de vuelo y en un software de mecánica de fluidos computacional. Paralelamente al objetivo del diseño completo de un avión no convencional, como es un avión con canard, este proyecto sirve como base para la fabricación del avión. Por ello, se presentan los sistemas, materiales, métodos de fabricación y maquinas que serán utilizadas en el futuro inmediato para la construcción de este avión. Esto impone algunas restricciones adicionales al diseño del avión, ya que su fabricación debe ser factible, si bien permite profundizar en otros aspectos interesantes como son el estudio de la fabricación de piezas mediante impresión 3D, la generación de códigos para CNC o la integración de sistemas y piezas en un proceso de fabricación real. Además, se realizará el diseño de un motor con tecnología ducted fan, permitiendo ver las ventajas del mismo respecto de las hélices convencionales.
Estudio numérico experimental de interfases no convencionales con patrones trapezoidales
(2016) García Guzmán, Lorenzo Francisco; Távara Mendoza, Luis Arístides; Reinoso Cuevas, José Antonio; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
El presente proyecto recoge un estudio experimental en torno a la fabricación de probetas para un ensayo DCB utilizando la impresión 3D. Por otra parte, se presenta un análisis numérico de la influencia de la relación de aspecto A/λ (A = amplitud, λ= longitud de onda) en la tenacidad a fractura de interfases no convencionales, particularmente interfases trapezoidales. La configuración o geometría de dichas interfases son las que mayor relación A/λ pueden conseguirse en dicha impresión. En la parte de fabricación se describen un conjunto de pruebas usando distintos materiales con los que la impresora 3D es capaz de fabricar (nylon, fibra de vidrio). Las pruebas tienen distintos enfoques de aplicación: desde la impresión de distintas tipologías de interfases no convencionales, que servirán de soporte para determinar la resolución de la impresora, hasta la fabricación de las probetas propiamente dichas. En las simulaciones numéricas se analizan interfases trapezoidales cuya amplitud y longitud de onda son las de mayor relación de aspecto capaces de ser imprimidas. En concreto, las interfases están definidas por A = 1 mm y λ = 4, 6 y 8 mm. En las distintas simulaciones del ensayo DCB se calcula la resistencia a la propagación de la fractura y se muestra el estado tensional en la interfase. Además, se realiza una comparativa de la tenacidad a fractura de los distintos ensayos, indicando la correlación de esta variable con la relación de aspecto. También se lleva a cabo un estudio de la influencia de la inclinación de las caras laterales del trapecio, en una interfase cuya amplitud y longitud de onda están fijadas, en la energía liberada durante el ensayo. Específicamente, la geometría seleccionada ha sido la correspondiente A = 1 mm y λ= 8 mm.
Diseño e implementación en una herramienta PLM de un prototipo de proyecto aeronáutico
(2016) Pérez González, Juan; Racero Moreno, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Organización Industrial y Gestión de Empresas I
Estudio mediante elementos finitos de los coeficientes de rozamientos mínimos para el arrastre en laminación en frío
(2016) Caballero Bazán, Ángel; Bohórquez Jiménez, Luis Valentín; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
El proceso de laminación consiste en hacer pasar preformas de material obtenidas según algún proceso anterior a través de unos rodillos con una apertura de sección constante. El mecanismo con el que se consiguen hacer pasar dichas preformas a través de los rodillos es el rozamiento, y es por eso que se quiere realizar un estudio variando todos los parámetros que influyen en este, para su estimación mediante un modelo de elementos finitos y posterior comparación con los resultados dados por la teoría clásica. Para ello se van a realizar dos modelos, uno para la estimación del coeficiente de arrastre natural, y otro para la estimación del coeficiente de arrastre forzado, y variando algunos parámetros de interés, se comparara la veracidad de los resultados teóricos. Dichos modelo se realizarán primero con Abaqus y posteriormente con Python, de manera que este proyecto será una buena forma de aprender más herramientas ingenieriles, por lo que será muy enriquecedor. Finalmente, se compararán todos los resultados y se intentarán dar conclusiones lógicas si se encuentran variaciones, lo cual no será fácil puesto que solo se disponen de los resultados numéricos obtenidos, ya que debido a la difícil estimación del coeficiente de rozamiento hoy en día, no se disponen de muchos resultados experimentales con los que contrastar la veracidad de los resultados.
Optimización de trayectorias de avión sujetas a incertidumbre meteorológica
(2016) Cordero Romero, Mercedes; Franco Espín, Antonio; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
En este trabajo se analiza el vuelo de crucero de mínimo tiempo entre el Aeropuerto Internacional John F. Kennedy, en Nueva York (JFK) y el Aeropuerto Internacional Leonardo da Vinci, en Roma (FCO), en ambos sentidos de vuelo. La optimización se realiza en presencia de viento, considerando diferentes escenarios derivados de predicciones meteorológicas obtenidas gracias al European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) mediante el método numérico denominado Ensemble Prediction System (EPS). Dado que todo el tramo se considera a velocidad aerodinámica y altitud constante, el problema de mínimo tiempo coincide con el de mínimo consumo. El problema planteado se estudia mediante dos enfoques diferentes: considerando una trayectoria con restricciones en cuanto a los puntos de paso, que se resuelve mediante un algoritmo de grafos muy popular denominado Algoritmo de Dijkstra; y considerando una trayectoria libre, empleando la Teoría de Control Óptimo para la resolución. El proceso de optimización se lleva a cabo además para cuatro casos de estudio diferentes, pudiendo evaluar a posteriori el coste que resultaría de recorrer las trayectorias óptimas en presencia de cada escenario meteorológico de los que se dispone. Ésto permite establecer comparaciones tanto entre los casos de estudio como entre los enfoques planteados para el problema.
Análisis y diseño de un algoritmo de guiado de aviones no tripulados basado en control predictivo
(2017) Castro Moreno, Víctor; Gavilán Jiménez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
El objetivo de este trabajo es el de profundizar en el desarrollo de algoritmos de control predictivo aplicados al guiado de aeronaves,usando como punto de partida los ya existentes e introduciendo modiﬁcaciones que conduzcan a una mejora de las prestaciones y a la inclusión de nuevas funcionalidades. Este tipo de algoritmos, cuyos fundamentos se explican en la sección 1.2, tienen la capacidad para causar un importante impacto. En lo que se reﬁere a la aviación, su mayor potencial reside,esencialmente,en la aplicación a las aeronaves no tripuladas(en inglés, Unmanned Aerial Vehicles,UAVs).Desde sus inicios,este ha sido un sector en constante crecimiento, tanto en desarrollo tecnológico como en términos económicos. Los primeros ejemplos de UAVs 1 se remontan a la década de 1930,cuando se empezó a fabricar el DeHavilland DH82B “Queen Bee" 2, controlado por radiocontrol y usado como blanco para prácticas de tiro (ﬁgura 1.1). A partir de entonces las aplicaciones de las aeronaves no tripuladas no han hecho más que aumentar: de blancos de tiro a aviones de vigilancia e incluso de combate y a la inﬁnidad de aplicaciones de uso civil de hoy en día (agricultura, construcción, búsqueda y rescate, protección de la ﬂora y fauna, grabación de imágenes y vídeo, ocio...). Cabe destacar que, aunque el origen de los UAVs estuvo en el ámbito militar y aunque aún a día de hoy este sea el sector con mayor cuota de mercado,se espera que el crecimiento del uso civil de este tipo de vehículos sea muy superior en un futuro cercano. La ﬁgura 1.2 indica una tasa compuesta de crecimiento anual (CAGR 3) del 19% en el año 2020 para el mercado civil de drones, frente a un 5% del militar. Estos valores son superiores incluso a los que ofrecen las previsiones para la aviación tripulada a nivel mundial (4.9% entre los años 2015 y 2034 según predicciones de Boeing4 o incluso un 2.5-3.7% según pronósticos de la Asociación Internacional de Transporte Aéreo, IATA5, para aviación comercial el mismo período). En la actualidad, una de las principales metas que se persiguen es la de lograr la integración de los UAVs en el espacio aéreo controlado. Esto, una vez más, multiplicaría las posibilidades de uso de los UAVs y podría llevar el crecimiento del sector a unos valores aún mayores de los predichos.No obstante,pues toque la seguridad siempre es la primera prioridad en aviación,se requieren sistemas de control capaces de proporcionarlas prestaciones y la ﬁabilidad necesarias para garantizar el funcionamiento seguro de estos aparatos bajo cualquier circunstancia. Históricamente, la evolución en las aplicaciones de los drones ha sido siempre propiciada por el desarrollo de los sistemas que se usan para controlarlos. La utilización de sistemas de navegación puramente mecánicos(sin posibilidades de modiﬁcar la trayectoria planeada) en los primeros UAV dio paso al uso extensivo del radiocontrol y el pilotaje remoto y posteriormente,a la incorporación de computadores embarcados cada vez más potentes y a un grado de autonomía cada vez mayor. Es en este contexto,en el de los UAVs controlados por computadores embarcados y con el objetivo ﬁnal de la integración en el espacio aéreo controlado, en el que se encuadran los algoritmos de guiado que se desarrollan en este trabajo.
Comparación de resultados de Análisis en CFD entre el módulo FloEFD de CATIA V5 y Fluent
(2017) Torres Parish, Rafael; Valderrama Gual, Francisco Andrés; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Gráfica
En la actualidad existen multitud de productos y softwares que se usan para estudiar los problemas fluidodinámicos y calcular de forma cuantitativa el efecto que cualquier fluido tiene sobre el medio en el que se mueve. Entre la gran variedad de soluciones que existen, una realmente interesante es FloEFD. FloEFD es un software de CFD (Computational Fluyds Dynamics) integrado en una gran variedad de programas CAD. Entre sus ventajas principales, destaca el hecho de poder realizar este tipo de estudios en un mismo programa, evitando muchos tipos de incompatibilidades o la necesidad de exportar e importar de unos programas a otros. En este contexto, el objetivo de este proyecto es comparar y analizar la precisión de FloEFD frente al que probablemente es el programa de CFD más extendido mundialmente: Fluent. Para ello, y tras una breve introducción y primer capítulo en el que se explica en detalle la base científica y matemática detrás de estos programas, se resolverán siete problemas que han sido seleccionados tratando de recoger un abanico muy amplio de problemas fluidodinámicos. En estos problemas se tratará de identificar de forma cuantitativa las virtudes de uno u otro programa a la hora de resolverlos. Finalmente, se valorará si FloEFD está o no al mismo nivel de precisión y usabilidad que Fluent, y por tanto, si tiene un hueco en el mercado y en los departamentos de diseño de las grandes empresas que tienen relación con estudios fluidodinámicos como un buen software de CFD.
Programación en VBA-Excel del método estimativo de costes de fabricación, por DFMA
(2017) Castro Pérez, María Luz; Bohórquez Jiménez, Luis Valentín; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
El diseño para la fabricación y el ensamblaje (DFMA) consiste en una combinación del diseño para la fabricación (DFM) y el diseño para el montaje (DFA), como dice Ioan Marinescu en su libro “Product Design for Manufacture and Assembly”, en el cual está basado el presente proyecto. Hay unas directrices para el diseño de piezas que claramente ahorran tiempo y dinero si se aplican correctamente, siempre hay que pensar hacia donde se va, con esto quiero decir, aplicado a este contexto, que hay que analizar con antelación cómo se van a fabricar y a montar el conjunto de partes que conforman una pieza, en la etapa en la que se está diseñando dicha pieza. Son muchas las decisiones a tener en cuenta, entre ellas la elección correcta del material a utilizar y por consiguiente la elección del proceso mediante el que se llevará a cabo el moldeo la pieza deseada, y todo está relacionado entre sí, con el único fin de la minimización de costes. En este proyecto se estudiarán los principios fundamentales en los cuales se basa el DFMA y se aplicará al cálculo estimativo de los costes de fabricación de piezas por tres procesos diferentes, moldeo mediante mecanizado, inyección de plásticos y forjado. El cálculo de los costes se llevará a cabo con las herramientas de cálculo Visual Basic y Excel. Finalmente, se compararán los costes obtenidos para la fabricación de una pieza determinada, usando los tres procesos, y en cada caso con los materiales y características adecuadas al proceso.
Optimización de rutas de crucero con cambios de altitud sujetas a incertidumbre meteorológica
(2017) Contreras Pérez, Verónica Tamara; Franco Espín, Antonio; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
El objetivo del presente trabajo es el estudio de optimización de trayectorias reales considerando predicciones de vientos y la red de rutas existente. En concreto, los cálculos se realizan con el ﬁn de minimizar el combustible consumido por la aeronave. Los trayectos que van a ser considerados en el estudio son de media-larga distancia, por lo que la fase de crucero conforma el grueso del vuelo. Teniendo en cuenta este hecho, en el análisis realizado se va a considerar exclusivamente este tramo. Para describir el movimiento de la aeronave se ha modelado el avión como una masa puntual con 3 grados de libertad. Los modelos dinámico y propulsivo empleados se detallan posteriormente, a lo largo del Apartado 2. Además, la optimización se hará para un vuelo a Mach constante, en concreto, se tomará un valor típico de M = 0,8. Por último, el análisis se ha realizado considerando una serie de hipótesis apropiadas para un vuelo subsónico de media-larga distancia, que se corresponde con el caso que está siendo analizado. Estas hipótesis son: La Tierra es esférica de radio 6371 km. El avión es rígido y simétrico. El empuje proporcionado por los motores es paralelo a la velocidad aerodinámica de la aeronave. La información sobre los waypoints y las conexiones deﬁnidas en la red de rutas se introducen en el problema como un grafo. El método elegido en este estudio para minimizar el consumo se trata del Algoritmo de Dijkstra o Algoritmo de caminos mínimos, muy popular en la teoría de grafos. El procedimiento que sigue hasta alcanzar el óptimo se detalla en el Apartado 3. Como se menciono´ anteriormente, al incluir la incertidumbre meteorológica en el estudio de optimización se hace posible efectuar una mejor planiﬁcación de los vuelos y evitar grandes retrasos. En este trabajo se han introducido predicciones de uno de los agentes meteorológicos que más afectan a las actuaciones de las aeronaves: el viento. Dichas predicciones han sido tratadas mediante dos métodos diferentes: Método determinista: Se consideran los vientos conocidos, es decir, que los vientos que se tienen en la realidad son idénticos a los proporcionados por las predicciones, y se realiza la optimización minimizando el consumo de combustible para cada uno de los escenarios posibles. Método no determinista: Se considera que los vientos son inciertos y se realiza la optimización de modo que la media de combustible consumido, tratando todos los escenarios de viento, sea mínima. Además, se ha hecho uso de predicciones de vientos para dos días distintos. Lo que permitirá observar cambios en cuanto a los caminos óptimos obtenidos. Por último, dado que al variar la altitud tanto el escenario de vientos como el consumo de combustible se ven modiﬁcados, el estudio de optimización se va a realizar bajo dos supuestos: Altitud constante: La aeronave se encuentra en un crucero a altitud constante y la trayectoria se optimiza para dicha altitud. Varias altitudes posibles: Existen tres niveles de vuelo donde puede encontrarse la aeronave, de manera que para minimizar el consumo de combustible, el avión puede ascender o descender según le convenga.
Detección de conflictos entre aeronaves con vientos variables en el espacio y componentes correladas estadísticamente
(2017) Remesal Nogales, Pedro; Valenzuela Romero, Alfonso; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
Este documento se centra en analizar el conflicto entre dos aeronaves aproximándose, volando con velocidades aerodinámicas, cursos y altitudes constantes, en un escenario donde las condiciones meteorológicas (en concreto el viento) son inciertas. El artículo [1] Probabilistic Aircraft Conflict Detection Considering Ensemble Weather Forecast (Eulalia Hernández, Alfonso Valenzuela and Damián Rivas), que se utiliza como punto de partida del presente documento, establece dos hipótesis principales en su desarrollo del problema de la detección de conflictos: • Considera que el viento que afecta a las aeronaves es constante en todo el espacio aéreo. • Considera que las componentes meridional (sur-norte) y zonal (oeste-este) del viento son estadísticamente independientes entre sí. Los objetivos de este estudio son analizar esas hipótesis y comprobar si son realmente realistas y proporcionan una buena solución a la detección de conflictos, o si por el contrario, introducen errores inaceptables en la resolución del problema. En ese caso, se buscará el origen de esos errores y se propondrán formas de reducirlos.
Diseño de un UAV para gestión de recursos hídricos
(2017) López Romero, Juan Diego; Rodríguez Medina, Isabel Clara; Gavilán Jiménez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
Este Trabajo de Fin de Máster ha consistido en la realización de un diseño conceptual de un UAV de ala fija para la toma de ortofotografías aéreas destinado a servir de apoyo para la toma de decisiones dentro de un sistema integrado de gestión del agua. Para ello se ha llevado a cabo previamente una revisión bibliográfica centrada en realizar el estado del arte del uso de vehículos aéreos no tripulados para la realización de tareas de teledetección dentro de la gestión de recursos hídricos, habiéndose analizado, contrastado y sintetizado información de distintos artículos de investigación, libros y material académico, con el fin de definir los requisitos de misión necesarios para el diseño. Así mismo, se ha desarrollado un concepto de sistema rápido de definición de trayectorias de vuelo en caso de emergencias, el cual permite dibujar “a mano” la trayectoria deseada en una interfaz GUIDE, y obtener de ella los correspondientes puntos de paso (waypoints) que sobrevolará el UAV.
Manual de FloEFD para análisis de dinámica de fluidos y aplicaciones prácticas
(2017) Sánchez Ligero, Sandra; Valderrama Gual, Francisco Andrés; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Gráfica
Actos tan cotidianos como tomar una ducha, respirar o beber agua, requieren necesariamente la circulación de fluidos. El conocer y entender los principios básicos de la mecánica de fluidos es esencial en el análisis y diseño de cualquier sistema en el cual el fluido es el elemento de trabajo. Para la mayoría de los problemas de mecánica de fluidos, la solución se obtiene mediante métodos matemáticos, y aquí es donde entra en juego la mecánica de fluidos computacional o CFD (Computational Fluid Dynamics), una de las ramas de la mecánica de fluidos que utiliza métodos numéricos y algoritmos para resolver y analizar problemas sobre el flujo de sustancias. El presente Trabajo Fin de Máster recoge a modo de guía una herramienta computacional de análisis de dinámica de fluidos que está integrada en CATIA V5: FloEFD. La guía recoge las funciones básicas del programa con la ayuda de un ejemplo ilustrativo. Al final del documento, se añade un ejemplo didáctico más complejo para analizar con más detalle el alcance de este software.
Diseño de un sistema de actitud para aviones no tripulados basado en el control predictivo.
(2017) Díaz de Mayorga Ramos, Carlos; Gavilán Jiménez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
En este trabajo se trata el problema del diseño de un sistema de control de actitud predictivo para aviones no tripulados, centrándose en la formulación de un modelo de controlador para, posteriormente, realizar un conjunto de simulaciones en un entorno de Matlab/Simulink y analizar el comportamiento del sistema. Para ello se parte de un modelo de avión de 6 grados de libertad, el cual es simplificado mediante la introducción de diversas hipótesis. Seguidamente, se genera un modelo de controlador predictivo (MPC) basado en la formulación simplificada de la aeronave, al cual se le introducen una serie de correcciones que tienen como objetivo una mejora de su respuesta y comportamiento. Tras esto se implementa el sistema en un modelo Simulink que simula el comportamiento del avión no tripulado Céfiro, diseñado por el grupo investigador del departamento de ingeniería aeroespacial de la Universidad de Sevilla. Todo ello tendrá como objetivo analizar la respuesta que presenta el controlador ante diferentes situaciones para, de esta forma, valorar una futura integración dentro del sistema global de una aeronave real.
Diseño estructural preliminar de un vehículo aéreo no tripulado en configuración de ala volante
(2017) Soto Cano, José Luis; Valderrama Gual, Francisco Andrés; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Gráfica
Hace ya unos años que vivimos instaurados en la era de los aviones no tripulados. Muchos son los campos y aplicaciones que se han visto beneficiados por la aparición de estos sistemas. Entre ellos la monitorización o vigilancia y el seguimiento, ya sea bien de instalaciones en el ámbito civil, o de tropas en el marco militar, es uno de los campos que más favorecidos se han visto, en tanto que la duración máxima de los vuelos sólo es limitada por el combustible, sin llevar asociadas las limitaciones correspondientes a tener tripulación. La configuración de Ala Volante o Voladora ha destacado por su capacidad de vuelo estable, controlable sin sustentación distinta a la del ala principal, es decir, sin necesidad de presentar estabilizadores horizontales. Además, ha sido ampliamente defendida como la configuración óptima del avión desde el punto de vista de la aerodinámica y el peso estructural. Por otro lado, la capacidad de despegue y aterrizaje vertical o VTOL, de sus siglas en inglés, de algunos sistemas autónomos, ha supuesto un avance importante en las posibilidades de las aeronaves mediante la incorporación de unas plataformas de rotores. El control de vuelo mediante el uso de empuje vectorial proporcionado por estos rotores, en vez de alerones, se ha comprobado que da al concepto una serie de claras ventajas sobre los diseños de ala fija sobre todo en entornos de vuelo restringido por infraestructuras terrestres. Este Trabajo Fin de Máster pretende ser un primer paso en la investigación de este nuevo concepto de Alas Volantes VTOL, enfocándose en el Diseño Estructural por componentes de las mismas. Con este objetivo, en primer lugar, se realizó un diseño conceptual basado en el estudio de especificaciones de aeronaves similares. En él se definieron las características deseadas en cuanto a la operación propia de la aeronave, así como un primer diseño dimensional de los distintos componentes. A continuación, se realizaron los estudios de Aerodinámica para la concepción de las superficies teóricas de la aeronave. Aquí se contempla tanto la selección del tipo de perfil alar, como características asociadas a la geometría del ala en relación al conjunto de la aeronave. Para este análisis aerodinámico se utilizó el software de código abierto XFLR5 v6.38. Por último, se desarrolló un Diseño Preliminar Estructural de distintos componentes de la aeronave. Partiendo de la Estructura de Producto del prototipo, se cascadea a nivel de conjuntos y subconjuntos hasta llegar a nivel de partes elementales, las cuales se diseñaron considerando distintas tecnologías y materiales de fabricación, así como su compatibilidad para el montaje y la instalación de los distintos sistemas a bordo de la aeronave. Para el diseño, estimaciones de peso y estudio de cargas estructurales se hizo uso del software comercial CATIA v5r21 desarrollado por Dassault Systèmes. En conclusión, este Trabajo supone un acercamiento al diseño de aeronaves no tripuladas útiles para misiones de vigilancia y seguimiento con las ventajas que ello supone, y propone la configuración híbrida de Ala Volante VTOL como una interesante opción en la búsqueda de la tecnología más eficiente para estos fines.

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