Diseño y dimensionado básico de dirigible híbrido no tripulado de propulsión eléctrica; diseño asistido por ordenador, cálculo aerodinámico, cálculo estructural y fabricación de sus alas

Abstract

[ES] El presente documento, ¿Diseño y dimensionado básico de dirigible híbrido no tripulado de propulsión eléctrica; diseño asistido por ordenador, cálculo aerodinámico, cálculo estructural y fabricación de sus alas¿ se encuentra dentro de un marco que surge a raíz de una iniciativa de dos personas, cristalizada en el grupo estudiantil de Generación Espontánea, ¿Proyecto Whalebot¿, de la Universitat Politèctica de València. Este trabajo se basa en el concepto de aeronave híbrida, la cual utiliza tanto el principio de empuje aerostático como el de sustentación aerodinámica para conseguir el vuelo, aplicado al transporte de carga y distribución de ésta mediante drones que parten de ella como su nave nodriza, siendo todo el proceso controlado de forma autónoma, sin intervención por tanto de un piloto humano. El contenido del documento se puede dividir en tres partes diferenciadas, englobando la primera de ellas una serie de consideraciones de diseño de aeronaves basadas en el estado del arte, los materiales disponibles y las leyes físicas. La segunda parte desarrolla el diseño básico de un prototipo a escala, lo suficientemente grande como para poder albergar en su góndola un dron y su carga, siendo capaz de realizar las mismas funciones fundamentales de su futuro homólogo mayor, sirviendo por tanto como plataforma de pruebas ideal. La tercera parte consiste en el diseño estructural de las alas de la aeronave prototipo. Partiendo del análisis aerodinámico de éstas, se lleva a cabo un trabajo iterativo de análisis por elementos finitos de diferentes diseños de ala hasta dar con una estructura lo suficientemente rígida y resistente frente a las cargas a las que se somete, a la par que lo más ligera posible.

[EN] This document, ¿Basic design and sizing of an unmanned electric propulsion hybrid airship; computer-aided design, aerodynamic calculation, structural calculation and manufacturing of its wings" is within a framework that arises as a result of an initiative of two people, crystallized in the student group of Spontaneous Generation, "Whalebot Project", of the Universitat Politèctica de València. This work is based on the concept of hybrid aircraft, which uses both the principle of aerostatic thrust and aerodynamic lift to achieve flight, applied to the transport of cargo and its distribution by means of drones that depart from it as its mother ship. The entire process is being controlled autonomously, therefore without the intervention of a human pilot. The content of the document can be divided into three different parts, the first of which encompasses a series of aircraft design considerations based on the state of the art, available materials and physical laws. The second part develops the basic design of a scale prototype, large enough to house a drone and its cargo in its nacelle, being capable of performing the same fundamental functions as its future larger counterpart, thus serving as an ideal test platform. The third part consists of the structural design of the wings of the prototype aircraft. Starting from the aerodynamic analysis of these, an iterative work of analysis by finite elements of different wing designs is carried out until finding a sufficiently rigid and resistant structure against the loads to which it is subjected and, at the same time, being as light as possible.