Sistema de medida del ángulo de ataque mediante sensores de presión diferencial

Abstract

[ES] El porcentaje de accidentes en aviación general es el mayor entre todas las categorías de aviación. Dándose la mayor parte de estos en las fases de despegue y aterrizaje, debidos a la pérdida del control de las aeronaves, según la FAA (Federal Aviation Administration). Como resultado de los estudios llevados a cabo por la organización estadounidense, se recomendaron medidores de ángulo de ataque como el principal sistema de seguridad para aeronaves de aviación general.

Este Trabajo de Fin de Grado cubre las partes de diseño, fabricación y calibración de un dispositivo capaz de medir el ángulo de ataque de una aeronave. Concretamente, se centra en la parte electrónica del montaje aunque también se tienen en cuenta una serie de principios aerodinámicos que afectan a la medida.

Este dispositivo está formado por dos sensores de presión diferencial, un microcontrolador, que recibe la información de los sensores; y una pantalla que muestra de manera eficiente la información al piloto. Todos estos elementos se encuentran conectados mediante una PCB que mejora la estética del prototipo y facilita su implementación. Además, se añade al sistema una pieza diseñada e impresa en 3D que permite la toma de datos de la forma deseada.

El sistema se pretendía calibrar en el túnel de viento y, debido a la crisis generada a raíz de la Covid-19, no se ha tenido acceso a dichas instalaciones, no pudiendo realizar dichas medidas en las condiciones óptimas. Sin embargo el prototipo lleva a cabo las funciones que de él se esperaban a falta de ser calibrado correctamente.

El objetivo principal de este trabajo es proporcionar al piloto información útil y precisa mediante un sistema de bajo coste y así poder mejorar tanto las operaciones como la seguridad del vuelo en aeronaves ligeras que carezcan de esta clase de sensor.

[EN] The percentage of accidents in General Aviation is the highest among all the aviation categories. Being the phases of take-off and landing the ones where most of these accidents occur, due to the loss of control o the aircraft, according to the FAA (Federal Aviation Administration). As a result to the studies carried out by the North American organization, the implementation of angle of attack systems where recommended as the main solution to improve the flight safety.

This Final Degree Project covers the design, manufacturing and calibration parts surrounding the development of a system able to measure the aircraft's angle of attack. Specifically, the electronic environment of the system will be deeply described, taking also into account several aerodynamic principles that may affect the correct measure.

The device consists of two differential pressure sensors, a micro controller, that receives the information from the sensors; and one Liquid-Crystal Display that shows the information to the pilot in an efficient way. All these elements are connected thanks to the use of a PCB (Printed Circuit Board) that improves the aesthetics of the system and makes easier its implementation. Furthermore, a 3D-printed probe is designed and added to the prototype, so that the measures can be done in a proper way.

The system was supposed to be calibrated making use of a wind tunnel. However, the pandemic derived from the Covid-19 epidemic, has not allowed the entry to the University, where the experiment should have been carried out. Despite of this, the prototype performs the desired actions correctly, and it is ready for the proper calibration.

The main objective of this project is to offer the pilot really useful and precise information by means of a low-cost system, improving both the in-flight operations and the safety in light aircraft lacking this type of sensor.

[CA] El percentatge d’accidents en aviació general és el major entre totes les categories d’aviació. Donant-se la major part d’aquests en les fases d’enlairament i aterratge, debut a la pèrdua del control de les aeronaus, segons la FAA (Federal Aviation Administration). Com a resultat dels estudis duts a terme per l’organització estatunidenca, es recomanaren mesuradors de l’angle d’atac com el principal sistema de seguretat per a les aeronaus d’aviació general. Aquest Treball de Fi de Grau cobreix les parts de disseny, fabricació i calibratge d’un dispositiu capaç de mesurar l’angle d’atac d’una aeronau. Concretament, se centra en la part electrònica del muntatge tot i que també es té en compte una sèrie de principis aerodinàmics que afecten a la mesura. Aquest dispositiu està format per dos sensors de pressió diferencial, un microcontrolador, que rep la informació dels sensors; i una pantalla que mostra de manera eficient la informació al pilot. Tots aquests elements es troben connectats mitjançant una PCB que millora l’estètica del prototip i facilita la seua implementació. A més, s’afegeix al sistema una peça dissenyada i impresa en 3D que permet la presa de dades de la manera desitjada. El sistema es pretenia calibrar en el túnel de vent i, a causa de la crisi generada arran de la Covid-19, no s’ha tingut accés a aquestes instal·lacions, no podent realitzar aquestes mesures en les condicions òptimes. No obstant això el prototip duu a terme les funcions que d’ell s’esperaven a falta de ser calibrat correctament. L’objectiu principal d’aquest treball és proporcionar al pilot informació útil i precisa mitjançant un sistema de baix cost i així poder millorar tant les operacions com la seguretat del vol en aeronaus lleugeres que manquen d’aquesta classe de sensor.