Design and manufacturing of a small UAV for civilian purposes

Abstract

[EN] The main goal of these project was to design and manufacture a fixed wing UAV for civilian purposes. On this report, the design and manufacturing process will be described step by step. The project was divided into small parts according to the stage of the design. These parts are an introduction and conceptual design, preliminary design and detail design. Part of the introduction will be and explanation of the restrictions and objectives that drove the design. An explanation of why a canard pusher type of aircraft was chosen will be given. This will include the advantages and disadvantages of this type of design. After that, this work will proceed to next two big sections. The first section will discuss the preliminary design of the model, and the second section will discuss the detail design and manufacturing of the model. The preliminary design part of the work will begin with the initial sizing and geometry of the aircraft. As result of this part, an initial layout of the model was obtained. The initial model was check for stability, and some changes were made to model satisfy some stability problems. Then, the model was subjected to a CFD (Computer Fluid Dynamics) analysis. The CDF analysis was used to verify if the model can fly. Once it was proven that the model can fly, the preliminary design of the model came to an end, and the detail design of the aircraft began. The detail design of the model started by discussing some of the electrical components that would be used to control the aircraft and that should be taken into account for the structure. Then, an early weight and balance was made, so all the electrical components could be place on locations that will help attain the center of gravity from the stability analysis. After that, the designing of the internal structure of the aircraft started. Once the structure for the aircraft has been designed, a brief explanation of the wire connections and where they go through the structure of the aircraft was made. After completing the detail design section, this report will end explaining some of the manufacturing techniques to be use for the model, and giving some conclusions and recommendations.

[ES] El objetivo principal de este proyecto fue diseñar y fabricar un UAV de ala fija para aplicaciones de fines civiles. Este informe contiene el proceso de diseño y fabricación paso a paso que se usó. El proyecto está dividido en tres secciones según el estado del diseño. Estas secciones son la introducción, diseño preliminar y diseño detallado. Parte de la introducción será una explicación de las restricciones y los objetivos que servirán de guía para el diseño. Se dará una explicación de por qué se eligió un tipo de avión tipo canard con las hélices y motor ubicadas en la parte trasera del fuselaje. Además se mencionara las ventajas y desventajas de este tipo de diseño. Después de esta introducción, este trabajo pasara a las otras dos grandes secciones. La primera sección discutirá el diseño preliminar del modelo, y la segunda sección discutirá el diseño detallado y la fabricación del modelo. La parte de diseño preliminar del trabajo comenzará describiendo como se calculó el tamaño inicial y la geometría de la aeronave. Como resultado de esta parte, se obtuvo un diseño inicial del modelo. Para este modelo inicial se realizó un análisis de estabilidad, después del cual se hizo algunos cambios para que el modelo satisfaga algunos problemas de estabilidad. Luego, el modelo fue sometido a un análisis CFD (Computer Fluid Dynamics). El análisis de CDF se utilizó para verificar si el modelo puede volar. Una vez que se demostró que el modelo puede volar, el diseño preliminar del modelo llegó a su fin y comenzó el diseño detallado de la aeronave. El diseño detallado del modelo comenzó discutiendo algunos de los componentes eléctricos que se utilizarían para controlar el avión y que deberán tenerse en cuenta para la estructura. Luego, se hizo un cálculo de peso y equilibrio inicial, de modo que todos los componentes eléctricos sean ubicados en posiciones que ayuden a alcanzar el centro de gravedad tomado en cuenta en el análisis de estabilidad. Después de eso, comenzó el diseño de la estructura interna de la aeronave. Una vez acabado el diseño la estructura de la aeronave, se hizo una breve explicación de las conexiones de cables y de dónde pasan a través de la estructura de la aeronave. Después de completar la sección de diseño detallado, este informe finalizará explicando algunas de las técnicas de fabricación que se utilizarán para el modelo, y dando algunas conclusiones y recomendaciones a considerar.

[CA] L'objectiu principal d'aquest projecte va ser dissenyar i fabricar un UAV d'ala fixa per a aplicacions de fins civils. Aquest informe conté el procés de disseny i fabricació pas a pas que es va fer servir. El projecte està dividit en tres seccions segons l'estat del disseny. Aquestes seccions són la introducció, disseny preliminar i disseny detallat. Part de la introducció serà una explicació de les restriccions i els objectius que serviran de guia per al disseny. Es donarà una explicació de per què es va triar un tipus d'avió tipus canard amb les hèlixs i motor ubicades a la part posterior del fuselatge. A més s'esmentés els avantatges i desavantatges d'aquest tipus de disseny. Després d'aquesta introducció, aquest treball passés a les altres dues grans seccions. La primera secció discutirà el disseny preliminar del model, i la segona secció discutirà el disseny detallat i la fabricació del model. La part de disseny preliminar del treball començarà descrivint com es va calcular la mida inicial i la geometria de l'aeronau. Com a resultat d'aquesta part, es va obtenir un disseny inicial del model. Per a aquest model inicial es va realitzar una anàlisi d'estabilitat, després del qual es va fer alguns canvis perquè el model satisfaci alguns problemes d'estabilitat. Després, el model va ser sotmès a una anàlisi CFD (Computer Fluid Dynamics). L'anàlisi de CDF es va utilitzar per verificar si el model pot volar. Una vegada que es va demostrar que el model pot volar, el disseny preliminar del model va arribar a la seva fi i va començar el disseny detallat de l'aeronau. El disseny detallat del model començar discutint alguns dels components elèctrics que s'utilitzarien per controlar l'avió i que hauran de tenir-se en compte per a l'estructura. Després, es va fer un càlcul de pes i equilibri inicial, de manera que tots els components elèctrics siguin situats en posicions que ajudin a arribar al centre de gravetat pres en Cuena en l'anàlisi d'estabilitat. Després d'això, va començar el disseny de l'estructura interna de l'aeronau. Un cop acabat el disseny l'estructura de l'aeronau, es va fer una breu explicació de les connexions de cables i d'on passen a través de l'estructura de l'aeronau. Després de completar la secció de disseny detallat, aquest informe finalitzarà explicant algunes de les tècniques de fabricació que s'utilitzaran per al model, i donant algunes conclusions i recomanacions a considerar.