aerodinamica

Diseño de un UAV ligero de propulsión eléctrica para monitorización medioambiental

3 AERODINÁMICA
En el siguiente apartado se procederá a realizar un estudio aerodinámico del UAV que se está
diseñando. La aerodinámica se encarga de estudiar las fuerzas que aparecen sobre un sólido
cuando éste se mueve en el interior de un gas, de forma que en este apartado se analizarán las
fuerzasejercidas por el aire sobre nuestra aeronave. La distribución de presiones en la
corriente alrededor de la aeronave permite calcular las fuerzas (sustentación, resistencia y
fuerza lateral) y momentos (momento de balanceo, de cabeceo y de guiñada) que rigen la
dinámica de la aeronave. A partir de este análisis se pueden extraer aspectos importantes que
se incluyen dentro del llamado diseñoaerodinámico de la aeronave, como son la elección del
perfil de las superficies aerodinámicas (ala, estabilizador vertical y estabilizador horizontal),
geometría y tamaño de las mismas.
En primer lugar se hará un estudio de varios perfiles para el ala con el objetivo de elegir el que
mejor satisfaga los requisitos impuestos. Posteriormente se realizará un estudio de la
geometría del ala, analizando lainfluencia de cada de uno de los parámetros en el
comportamiento de la misma. Análogamente se hará este estudio para las superficies de cola:
estabilizador horizontal y vertical. Una vez definidas las geometrías de las superficies
aerodinámicas, se pasa a analizar la aerodinámica de las mismas: coeficiente de resistencia
parásita, polares parabólicas y curvas de sustentación y momento. Tambiénse definirán
algunos parámetros importantes como son el coeficiente de sustentación máximo y el ángulo
de ataque de entrada en pérdida. A nivel general, se determinará la polar del avión completo
así como la curva de eficiencia. Por último, se estudiará la influencia de las superficies
hipersustentadoras (flaperones) en el comportamiento de la aeronave. Todos los cálculos se
realizarán usandométodos que aproximan las variables con fórmulas empíricas que se apoyan
en datos históricos y estadísticos.

3.1 Selección del perfil aerodinámico
El perfil aerodinámico constituye la geometría básica de las superficies aerodinámicas, cuya
propiedad fundamental es la capacidad de generar sustentación en el interior de una corriente
incidente. Por ello, la selección del perfil es un aspectofundamental en el diseño de cualquier
aeronave puesto que afecta a las velocidades características (crucero, entrada en pérdida),
distancias de aterrizaje, controlabilidad y principalmente influye en la eficiencia aerodinámica
de la aeronave, es decir, la relación entre la sustentación y la resistencia. Es por ello necesario
realizar un estudio detallado para elegir el perfil más adecuadopara cada una de las
superficies aerodinámicas. Para este estudio, se ha hecho uso del programa de diseño de
perfiles DesignFoil, el cual presenta bastantes limitaciones en sus cálculos ya que la única
forma de conocer con precisión las características aerodinámicas de un perfil es a través de
ensayos en túneles de viento. Este programa usa un método de cálculo basado en tendencias
de datosextraídos de ensayos en túneles de viento junto con parámetros geométricos y de
flujo que son las variables de entrada del mismo. No obstante, las estimaciones que se
obtienen ayudan en la comparación de los perfiles candidatos a la elección del más adecuado.
Manuel García Rivero

35

Diseño de un UAV ligero de propulsión eléctrica para monitorización medioambiental
Se representará cadaperfil junto con sus datos geométricos y tres parámetros fundamentales
en la elección de un perfil: el coeficiente de sustentación a ángulo de ataque cero Cl0 , el
coeficiente de sustentación máximo Clmax y el ángulo de ataque para el que se produce la
entrada en pérdida

3.1.1

 Cl

max

Ala

Se ha realizado un estudio de varios perfiles aerodinámicos adecuados para las condiciones de...