13/03/2017

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Retos en el diseño de RPAS

Desde hace varios años algunas empresas del sector aeronáutico han ido consolidando su capacidad tecnológica en el diseño de aeronaves no tripuladas o RPAS. Esos conocimientos principalmente se han ido adquiriendo a través de la participación en programas de investigación y desarrollo o en el lanzamiento de proyectos industriales de forma que, cada compañía ha ido evolucionado su propio know-how para desarrollar plataformas de ala fija o rotatoria orientadas a diferentes tipos de aplicaciones.

La misión, es decir, la operación que se desea realizar con la plataforma, es el fin último del RPAS. Esto es lo que debe condicionar todo diseño.

Con total certeza, en ese camino se ha tenido oportunidad de ir aplicando lecciones aprendidas que han afianzado cada progreso conseguido. Cada reto superado ha permitido mejorar los procesos de desarrollo de RPAS en general, y en lo que afecta a la fase de diseño en particular, que es en la que se centrarán las siguientes reflexiones.

Quizás lo primero sea incidir en que la aeronave en sí misma no es más que un “medio”. El fin último del RPAS es la misión, es decir, la operación que se desea realizar con la plataforma y es esto lo que debe condicionar todo diseño. Conforme al tipo de misión se deben desarrollar las especificaciones deseadas para la aeronave y se podrían empezar a acotar los principales parámetros de diseño:

  • Características generales: ala fija/rotatoria, sensores de carga de pago, sistema de lanzamiento y recuperación, etc.
  • Performance: velocidad de crucero, techo de vuelo, autonomía necesaria, operación a nivel del mar o en altitud, etc.
  • Proceso de fabricación: prototipos necesarios, materiales, número de versiones diferentes que implementar, etc.
  • Tipo de planta motopropulsora: eléctrica, explosión, pila de hidrógeno, mixto, etc.

En el campo de los RPAS la libertad de diseño es bastante grande y existen pocas referencias o patrones estandarizados que permitan al ingeniero basarse en desarrollos previos en los que apoyar su diseño, especialmente en aviones clase I y en menor medida en los de clase II. Es recomendable, por tanto, disponer de un equipo de trabajo multidisciplinar pero especializado por temáticas: aerodinámica, planta propulsora, sistema de control o comunicaciones entre otros, para que puedan complementar sus destrezas y habilidades.

Por supuesto, el conocimiento de la regulación nacional en cada caso y de los estándares internacionales es fundamental para incluir restricciones en la especificación del sistema, casos evidentes son el del MTOW y el de las bandas de comunicaciones permitidas en función de la zona geográfica donde vaya a operar la aeronave.

Siempre es recomendable plantear el proyecto de desarrollo de un nuevo RPAS con un enfoque flexible respecto al punto de diseño, entendido este como la relación potencia-peso (para dimensionar la planta propulsora de la aeronave) y carga alar (para determinar la superficie alar necesaria para la aeronave). Esta flexibilidad es especialmente crítica si nos movemos cerca de las fronteras en las que el peso puede cambiar la clase o categoría del avión según normativa. Los cálculos siempre se realizan de modo teórico, aunque posteriormente habrán de ser validados por medio de ensayos en tierra y en vuelo, por lo que será necesario mantener unos márgenes de cumplimiento adecuados y hacer consideraciones fundamentadas acerca del sub o sobre dimensionamiento del punto de diseño y su repercusión sobre el cumplimiento de las especificaciones. Así pues, es fundamental que el diseño sea enfocado como un proceso iterativo que vaya corrigiendo errores y proponiendo soluciones alternativas.

Estas asunciones técnicas de la fase de diseño se contrastarán en diversas campañas de ensayos, tanto estructurales como funcionales en tierra y también en vuelo, que se realizarán utilizando prototipos más o menos completos con el objetivo de comprobar el cumplimiento de la especificación validando las performances y actuaciones del avión en cuanto a carreras de despegue y aterrizaje en sus diferentes configuraciones, envolventes del vuelo, pesos, ángulos de ataque o autonomía entre otros.

Por último, es muy útil construir una maqueta digital completa en 3D de la aeronave para optimizar y resolver los encuentros e interferencias de los diferentes subsistemas, así como para facilitar la información para el proceso de fabricación y montaje. Estas herramientas bien utilizadas permiten realizar ingeniería concurrente desde fases tempranas del diseño conceptual, facilitando el control de configuración de las piezas, proporcionando estimaciones teóricas de peso y simplificando enormemente la generación de la documentación para fabricación.

 

 

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