Análisis estático y dinámico de los subsistemas de guiado del prototipo Ignis del equipo Hyperloop UPV

Abstract

[ES] Hyperloop es un concepto de transporte innovador impulsado por la conocida empresa SpaceX, cuyo fundador es Elon Musk. Esta tecnología también se está desarrollando en diferentes países del mundo, tanto en empresas como en equipos universitarios. Dicho transporte, consiste en viajar en cápsulas ubicadas dentro de un tubo a muy baja presión. Este hecho permite minimizar las pérdidas energéticas, debidas al rozamiento, y maximizar la velocidad para alcanzar valores cercanos a la barrera del sonido. El presente Trabajo de Final de Máster se centra en el desarrollo del modelo tridimensional del prototipo IGNIS en el software comercial Adams View. Este prototipo ha sido presentado por el equipo de Hyperloop UPV para competir en la 1ª edición de la European Hyperloop Week. Con este trabajo se pretende explicar el desarrollo de diseño, modelado y análisis de los sistemas encargados de guiar el prototipo por el raíl. Éste se divide en dos subsistemas, guiado horizontal y vertical, cuya función es controlar la dinámica del prototipo de forma independiente en diferentes planos. Estos subsistemas han sido estudiados de dos formas distintas. En primer lugar, se ha realizado el análisis en el dominio de la frecuencia, para conocer la respuesta del modelo, y así, poder conocer las frecuencias de resonancia que se deben evitar. A continuación, se han realizado una serie de análisis dinámicos en el dominio del tiempo, que permiten evaluar la respuesta del prototipo ante una perturbación, validando la seguridad y eficiencia del funcionamiento IGNIS. Para terminar, se muestran los resultados más relevantes, obtenidos para ambos tipos de simulaciones, argumentando la consecución o no de los objetivos marcados en el diseño y, por último, se expondrán las conclusiones.

[CA] Hyperloop és un concepte de transport innovador impulsat per la coneguda empresa SpaceX, el fundador de la qual és Elon Musk. Aquesta tecnologia també s'està desenvolupant en diferents països del món, tant en empreses com en equips universitaris. Aquest transport consisteix a viatjar en càpsules situades dins d'un tub a molt baixa pressió. Aquest fet permet minimitzar les pèrdues energètiques, degudes al fregament, i maximitzar la velocitat per assolir valors pròxims a la barrera del so. El present Treball de Final de Màster es centra en el desenvolupament del model tridimensional del prototip IGNIS en el programa comercial Adams View. Aquest prototip ha estat presentat per l'equip de Hyperloop UPV per a competir en la 1ª edició de la European Hyperloop Week. Amb aquest treball es pretén explicar el desenvolupament de disseny, modelatge i anàlisi dels sistemes encarregats de guiar el prototip pel raïl. Aquest es divideix en dos subsistemes, guiat horitzontal i vertical, la funció dels qual és controlar la dinàmica del prototip de manera independent en diferents plans. Aquests subsistemes han esetat estudiats de dues formes distintes. En primer lloc, s'ha realitzat l'anàlisi en el domini de la freqüència, per a conèixer la resposta del model, i així, poder conéixer les freqüències de ressonància que s'han d'evitar. A continuació, s'han realitzat una sèrie d'anàlisis dinàmiques en el domini del temps, que permeten avaluar la resposta del prototip davant una pertorbació, validant la seguretat i eficiència del fucnionament d’IGNIS. Per acabar, es mostren els resultats més rellevants, obtinguts per a tots dos tipus de simulacions, argumentant la consecució o no dels objectius marcats en el disseny i, finalment, s'exposen les conclusions.

[EN] Hyperloop is an innovative transport concept promoted by the well-known company SpaceX, whose founder is Elon Musk. This technology is also being developed in different countries around the world, both in companies and in university teams. This transport consists of travelling in capsules that are inside a tube at very low pressure. This minimises energy losses due to friction and maximises the speed to reach values that break the sound barrier. This Master's thesis focuses on the development of the three-dimensional model of the IGNIS prototype in the commercial software Adams View. This prototype has been presented by the Hyperloop UPV team to compete in the 1st edition of the European Hyperloop Week. This paper aims to explain the development of the design, modelling and analysis of the systems responsible for guiding the prototype along the rail. This is divided into two subsystems, horizontal and vertical guidance, whose function is to control the dynamics of the prototype independently in different planes. These subsystems have been studied in two different ways. Firstly, the analysis has been carried out in the frequency domain to determine the frequency response of the model, and thus be able to know the resonance frequencies to be avoided. Next, a series of dynamic analyses were carried out in the time domain to evaluate the response of the prototype to a perturbation. Finally, the most relevant results obtained for both types of simulations are shown, arguing whether the objectives set in the design have been achieved and, finally, some final conclusions are presented.