Aeronautica

Mecánica Computacional Vol. XXII M. B. Rosales, V. H. Cortínez y D. V. Bambill (Editores) Bahía Blanca, Argentina, Noviembre 2003

ANÁLISIS NUMERICO DE LA ESTABILIDAD Y CONTROL DE UNA AERONAVE NO TRIPULADA
Emilio E. Dufeu Delarze , Enzo M. Pettinelli Reyes
Departamento de Ingeniería Mecánica Facultad de Ingeniería Universidad de Concepción , Chile. e-mail: edufeu@udec.cl

Palabras clave:Control en lazo cerrado, avión no tripulado, autopiloto de cabeceo Resumen: El objetivo general de este trabajo es el análisis de la estabilidad y control longitudinal del modelo numérico de un avión no tripulado, diseñado en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Concepción. En primer lugar se da una breve introducción a la mecánica del vuelo, a la superficie de controlcorrespondiente al movimiento longitudinal (elevador) de una aeronave y a los componentes asociados. En segundo lugar se define la misión del avión no tripulado, la configuración de los elementos de éste, así como también las condiciones de vuelo. Se obtiene el modelo del movimiento longitudinal del avión no tripulado a partir de las ecuaciones del movimiento, teniendo como base las derivadas de controly estabilidad, que definen totalmente la geometría, aerodinámica y condiciones de vuelo de la aeronave. El medio de análisis es desarrollado a partir de matrices en espacio estado, en un ambiente Matlab/Simulink. A partir de las matrices en espacio de estado se obtiene la respuesta dinámica del avión no tripulado en lazo abierto, teniendo como entrada deflexiones del elevador, para luego analizarel modelo del movimiento longitudinal en lazo cerrado correspondiente a un sistema de control denominado autopiloto de cabeceo, basado en requerimientos de control en dominio tiempo.

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ENIEF 2003 - XIII Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones

INTRODUCCIÓN Generalidades del vuelo de aeronaves Existen fuerzas propias de la mecánica de vuelo de una aeronave y otrasindependientes, que actúan sobre la nave para que permanezca en vuelo. Entre ellas, cuatro son consideradas como básicas (Figura 1). Sustentación: Fuerza perpendicular a la trayectoria. Arrastre: Fuerza que se opone al movimiento. Peso: El efecto de la gravedad actuando sobre la masa del avión Empuje: La potencia del motor actuando por la hélice Las fuerzas más importantes son generadas en el ala y la cola.Esta última es la encargada de balancear las cargas y de dar estabilidad longitudinal al avión. El balanceo, se refiere a la generación de una fuerza de sustentación que produce un momento respecto del centro de gravedad del avión, para equilibrar los momentos generados por el resto de la aeronave. La estabilidad, se refiere a la capacidad del avión a volver a su estado inicial, después deproducida una perturbación. El avión debe ser longitudinal, direccional y lateralmente estable para que cumpla con los requerimientos internacionales y minimice las cargas sobre el piloto1,2. Los ejes de estabilidad de acuerdo a los ángulos de Euler para aeronaves dan lugar a los movimientos mostrados en la Figura 2. En la aviación, el control de un avión es la capacidad de respuesta del piloto al mandodel avión. Para que un avión responda a los mandos de control, su estabilidad debe ser alterada. En cierto modo, la estabilidad y el control tienen características inversas, es decir, cuanto mayor es la estabilidad de un avión, menor es su controlabilidad desde el punto de vista del esfuerzo que debe realizar el piloto, y viceversa3.

Figura 1 Fuerzas sobre un avión en vuelo nivelado Figura 2Movimientos de un avión

El control longitudinal se realiza sobre el ángulo de cabeceo, que corresponde al ángulo entre el eje longitudinal y un plano de referencia que corresponde comúnmente horizontal. La superficie de control de cabeceo, es el elevador, el cual es accionado por el servoelevador3.

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E. E. Dufeu Delarze , E. M. Pettinelli Reyes

Superficies de control de una...