Diseño, construcción y evaluación de ala fotovoltáica para aeronaves no tripuladas
La tendencia actual en el desarrollo de Aeronaves No Tripuladas (UAV) es de mejorar sus cualidades de vuelo y sistemas de control, sean estas relacionadas a su velocidad, autonomía, maniobrabilidad, controlabilidad, entre las más importantes. Debido a que los UAV son en general de tamaño menor que los aparatos tripulados, gracias a que la tecnología de control y guiado permite diseños muy pequeños, conlleva a que la autonomía de los mismos esté en función de su tamaño y capacidad de carga útil, sea esta en combustible o baterías de almacenamiento eléctrico. Por ello los UAV eléctricos están diseñados para cargar un máximo de peso en baterías, que determinan su máximo tiempo de vuelo, y que una alternativa para aumentar su autonomía es mediante el uso de celdas solares en la aeronave. Se pueden encontrar varias alternativas desarrolladas en los últimos años a nivel mundial para la adaptación de celdas fotovoltáicas en una aeronave, incluso existen proyectos locales de desarrollos de UAV aprovechando la energía solar. Así en el presente trabajo se describen los resultados alcanzados referidos al diseño, construcción y evaluación de un ala fotovoltáica para ser utilizada como fuente de energía de un UAV solar. Estas actividades se enmarcan en un proyecto Piddef del Ministerio de Defensa para analizar la eficiencia propulsiva de sistemas eléctricos solares para UAV. En el desarrollo actual ya se han alcanzado resultados referentes a los análisis y ensayos realizados en el Túnel de Viento para diversos conjuntos propulsivos eléctricos de UAV, condición que sirve de punto de partida para el dimensionamiento y diseño en detalle de un ala solar. Como resultado del análisis de configuración y dimensionamiento se concluyó en un ala de tres segmentos con diez celdas solares cada uno. Las celdas solares son del tipo monocristalinas de 6x6 pulgadas. Si bien las optimas alcanzan 17% de eficiencia, se logró disponer equivalentes pero del 15% aproximadamente, ya que mostraron cierta variabilidad. Después de analizar varios tipos de arquitecturas alares en función de las capacidades y disponibilidades de recursos, se adoptó una estructura típica, o sea un ala con costillas, largueros y recubrimiento no resistente transparente. De esta manera las celdas se montan en el interior del ala entre los elementos estructurales, lo que implicó realizar varias adaptaciones no tradicionales al ala a fin de montar las celdas en su interior. Los ensayos del ala solar se realizaron en laboratorio, con luz natural y artificial, midiendo los parámetros de generación de energía con instrumentos de medición y utilizando un banco de ensayo de motores eléctricos que simulan la planta propulsiva de la aeronave. Para ello se realizaron desarrollos paralelos de la electrónica de control de energía (MPPT) y carga de baterías, a partir de la energía generada por el panel solar. De esta manera se pueden conocer las características energéticas del ala solar y su capacidad para alimentar energéticamente un determinado grupo motor, midiendo variables como la tensión, la corriente las RPM y el empuje en diversos grupos propulsores. Una vez finalizado los ensayos se podrá montar el ala en un prototipo ya realizado a fin de su utilización y evaluación estructural y aerodinámica en vuelo.
| Main Authors: | , , , |
|---|---|
| Format: | Fil: Fil: Elaskar, Omar. Universidad Nacional de Córdoba. Departamento de Materiales y Tecnología; Argentina. biblioteca |
| Language: | spa |
| Published: |
2013
|
| Subjects: | Energía solar, Celdas solares, UAV eléctricos, Proyecto Piddef, Ministerio de Defensa, |
| Online Access: | http://hdl.handle.net/11086/546861 |
| Tags: |
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| Summary: | La tendencia actual en el desarrollo de Aeronaves No Tripuladas (UAV) es de mejorar sus cualidades de vuelo y sistemas de
control, sean estas relacionadas a su velocidad, autonomía, maniobrabilidad, controlabilidad, entre las más importantes.
Debido a que los UAV son en general de tamaño menor que los aparatos tripulados, gracias a que la tecnología de control y
guiado permite diseños muy pequeños, conlleva a que la autonomía de los mismos esté en función de su tamaño y capacidad
de carga útil, sea esta en combustible o baterías de almacenamiento eléctrico.
Por ello los UAV eléctricos están diseñados para cargar un máximo de peso en baterías, que determinan su máximo tiempo
de vuelo, y que una alternativa para aumentar su autonomía es mediante el uso de celdas solares en la aeronave.
Se pueden encontrar varias alternativas desarrolladas en los últimos años a nivel mundial para la adaptación de celdas
fotovoltáicas en una aeronave, incluso existen proyectos locales de desarrollos de UAV aprovechando la energía solar.
Así en el presente trabajo se describen los resultados alcanzados referidos al diseño, construcción y evaluación de un ala
fotovoltáica para ser utilizada como fuente de energía de un UAV solar. Estas actividades se enmarcan en un proyecto
Piddef del Ministerio de Defensa para analizar la eficiencia propulsiva de sistemas eléctricos solares para UAV. En el
desarrollo actual ya se han alcanzado resultados referentes a los análisis y ensayos realizados en el Túnel de Viento para
diversos conjuntos propulsivos eléctricos de UAV, condición que sirve de punto de partida para el dimensionamiento y
diseño en detalle de un ala solar.
Como resultado del análisis de configuración y dimensionamiento se concluyó en un ala de tres segmentos con diez celdas
solares cada uno. Las celdas solares son del tipo monocristalinas de 6x6 pulgadas. Si bien las optimas alcanzan 17% de
eficiencia, se logró disponer equivalentes pero del 15% aproximadamente, ya que mostraron cierta variabilidad.
Después de analizar varios tipos de arquitecturas alares en función de las capacidades y disponibilidades de recursos, se
adoptó una estructura típica, o sea un ala con costillas, largueros y recubrimiento no resistente transparente. De esta manera
las celdas se montan en el interior del ala entre los elementos estructurales, lo que implicó realizar varias adaptaciones no
tradicionales al ala a fin de montar las celdas en su interior.
Los ensayos del ala solar se realizaron en laboratorio, con luz natural y artificial, midiendo los parámetros de generación de
energía con instrumentos de medición y utilizando un banco de ensayo de motores eléctricos que simulan la planta
propulsiva de la aeronave. Para ello se realizaron desarrollos paralelos de la electrónica de control de energía (MPPT) y carga
de baterías, a partir de la energía generada por el panel solar.
De esta manera se pueden conocer las características energéticas del ala solar y su capacidad para alimentar energéticamente
un determinado grupo motor, midiendo variables como la tensión, la corriente las RPM y el empuje en diversos grupos
propulsores.
Una vez finalizado los ensayos se podrá montar el ala en un prototipo ya realizado a fin de su utilización y evaluación
estructural y aerodinámica en vuelo. |
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