Caracterización de tejidos planos de fibra de carbono y estructuras con núcleo de poliestireno para el cálculo efectivo de superficies sustentadoras en UAVs.

Abstract

[ES] Las Aeronaves No Tripuladas (UAVs) llevan ligadas a los materiales compuestos desde su nacimiento, por lo que es natural que su desarrollo esté estrechamente relacionado. Al conseguir estructuras más ligeras, la carga de pago y el rango de estos vehículos se ha visto incrementado considerablemente. Es por ello que, en los últimos años, se ha utilizado la capacidad de cálculo que proporcionan los software FEM y CFD para predecir las cargas y evaluar la respuesta de estas estructuras ante los esfuerzos en vuelo.

Este proyecto se enmarca en el desarrollo por parte del equipo \textbf{HORUS UPV} de un UAV modular capaz de operar en situaciones de emergencia de manera autónoma, transportando carga de pago crítica. Con el objetivo de reducir el peso del aparato, el equipo de CAD trabaja estrechamente con los equipos de Aerodinámica, Estructuras y Fabricación, tratando de optimizar el prototipo de manera iterativa. Para el cálculo efectivo de estas mejoras es necesario disponer de un modelo realista, de modo que la caracterización de los materiales utilizados en las partes críticas del avión, como puedan ser las superficies sustentadoras, se convierte en una necesidad.

A lo largo de este trabajo, se caracterizarán los componentes principales de las estructuras fabricadas con CFRP, así como el poliestireno extruido utilizado como núcleo de las superficies sustentadoras. Posteriormente, se realizará el estudio de las condiciones de vuelo y la posición de los controles necesarias para mantener un giro con alto factor de carga, para finalmente realizar un análisis numérico de las cargas sufridas sobre el estabilizador horizontal de la aeronave.

[EN] Since their birth, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have been linked to composite materials, so their development has been closely related. As lighter structures have been implemented, payload and range of these vehicles have been sharply increased. As a result, during the last years engineers have used the calculus power provided by tools like FEM or CFD to predict loads and evaluate the response of the structures under flight stresses.

This project is defined by the work of the team \textbf{HORUS UPV}, developing an UAV able to operate under emergency situations autonomously, and carrying paramount payload. In order to shorten the vehicle¿s weight, the CAD team works closely with the Aerodynamics, Structures and Manufacturing teams, trying to optimize the airplane in an iterative way. For the effective calculus of these improvements, it is crucial to have a reliable model, so the materials involved in the critical parts of the vehicle need to be analysed, as it is the case of the lift surfaces.

During this project, the main components of the structures produced with CFRP will be characterized, as well as the extruded polystyrene used as the core for the lift surfaces. Afterwards, the flight conditions and the position of the aerodynamic and propulsive controls of the aircraft will be studied to maintain a high load factor turn. Finally, a numerical analysis of the loads suffered over the horizontal stabilizer of the UAV will be performed.