arduino controlalerones avionica
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN”
“SIMULACIÓN MECATRÓNICA DEL CONTROL DE
LOS ALERONES POR INTERFAZ GRÁFICA”
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN AERONÁUTICA
PRESENTA:
MARÍA FERNANDA VALVERDE VEGA
ASESORES:
ING. JUAN CARLOS TORRES ÁVILA
LIC. DAVID TORRES ÁVILA
ENERO, 2013
A Mi Maravillosa Madre y Extraordinaria Hermana.
A ellas por ser los grandes motores que han permitido que este avión despegara….
Hoy, hago una escala en la terminal de una más de mis innumerables metas e incansables
sueños.
Definitivamente este viaje, estuvo lleno de contratiempos, turbulencias y cielos despejados,
sin embargo continuó en vuelo y rumbo planeado, no solo gracias a la capitana de este
avión, sin duda es el resultado del esfuerzo y arduo trabajo que en equipo con esta
maravillosa tripulación, han hecho de este viaje, una extraordinaria aventura.
Hubo muchas nubes negras, tormentas y huracanes, que trataron de desviar, he incluso
impedir que este viaje continuara y aterrizara en tierras seguras, sin embargo, gracias a
las mejores copilotos que cualquier tripulación pudiese tener, Rosalba Vega Vera y
Melissa Valverde Vega, se mantuvo la altitud deseada. Gracias por que estuvieron a mi
lado siempre, acompañándome a enfrentar estas y demás adversidades, sin perder nunca el
control de mi fortalecido avión, apoyándome y aconsejándome en todo momento,
permitiendo que este vuelo continuara con el rumbo planeado, la realización de uno de mis
grandes sueños.
Gracias por que han construido este avión del mejor material jamás creado, con mis
sueños, mis valores, mis principios, mi perseverancia y empeño como pasajeros. Con una
estructura hecha de acero pero ligero como pluma, todo ello con su gran dosis de amor,
con el único deseo de ver cumplir todas mis metas.
¡Muchas Gracias! por ser los mejores mapas de navegación que cualquier otra aeronave
quisiese tener, pero sobre todo Gracias por ser mis mejores y únicas referencias del
presente y mis mejores motivos para mi hermoso viaje futuro.....
Con amor
María Fernanda Valverde Vega
Hija y hermana.
Agradecimientos
Hay muchos a los cuales quiero agradecer;
Especialmente a esas personas que sin compartir el mismo lazo sanguíneo, más si, un gran
cariño, creyeron en mí y me mostraron su apoyo incondicional, al inicio, durante y termino
de este gran reto, Eternamente Agradecida…
A mis asesores:
Juan Carlos Torres Ávila y David Torres Ávila
Por brindarme su apoyo, no solo en el ámbito profesional, sino también personal, por esas
palabras de aliento, esos consejos, que en gran medida contribuyeron a que hoy este en
esta etapa de mi vida, me llevo un grato recuerdo de ustedes, no solo como mis profesores
y asesores, sino como los nobles seres humanos que son, muchas gracias por el apoyo
brindado y su guía hasta el final.
Al profesor Abel Hernández Gutiérrez, que con su carácter muy particular, me permitió
aprender de él.
¡A las personas que conocí a lo largo de estos cuatro años, y que ahora forman parte
importante de mi vida!
A mi Familia
Por esos bellos momentos compartidos, las risas, los triunfos, los sueños… Pero sobre todo
por esas reuniones en casa de los abuelos, compartiendo un delicioso mole y un exquisito
café hecho por nuestros queridos viejos, aromas que nunca olvidare, todo esto
acompañado de una encantadora platica.
¡Gracias a todos ustedes por ser testigos del término de uno de mis grandes retos, la
culminación de mis estudios universitarios!
¡Orgullosamente Politécnico!
María Fernanda Valverde Vega
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ÍNDICE
OBJETIVO GENERAL: I
OBJETIVO ESPECÍFICO: I
ESTADO DEL ARTE: II
ANTECEDENTES: III
JUSTIFICACIÓN: IV
INTRODUCCIÓN: V
CAPÍTULO I 1
1. ELEMENTOS BÁSICOS 1
1.1 FUNCIONAMIENTO DEL AVIÓN 1
1.2 FUERZAS EN VUELO 7
1.3 EJES DEL AVIÓN 8
1.4 CENTRO DE GRAVEDAD 9
1.5 SUPERFICIES DE CONTROL 12
1.5.1 Superficies primarias 13
1.5.2 Superficies secundarias. 17
CAPITULO II 20
2. ELECTRÓNICA DE LAS AERONAVES 20
2.1 SISTEMAS DE CONTROL EN AERONAVES 20
2.1.2 Sistemas de control de vuelo 20
2.1.3 Sistema GPS para navegación 21
2.1.4 Sistemas de supervivencia 21
2.1.5 Control digital del motor 23
2.2 COMANDOS ELÉCTRICOS DE VUELO (FLY- BY- WIRE) 26
CAPITULO III 32
3. SOFTWARE Y HARDWARE PARA TRANSFERENCIA DE DATOS. 32
3.1 SOFTWARE 32
3.1.1 Matlab 32
3.2 HARDWARE 36
3.2.1 Arduino 36
3.2.2. Arduino uno 37
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3.2.3 Microcontrolador 41
3.2.4 Servomotores de radiocontrol 46
CAPITULO IV 50
4. CONSTRUCCIÓN Y PROGRAMACIÓN DEL PROTOTIPO 50
4.1 PROGRAMAS PARA EL CONTROL DE LOS SERVOS DE LOS ALERONES 50
4.2 IMPLEMENTACIÓN DE SUPERFICIES DE CONTROL (ALERONES), Y ANDAMIAJE. 58
4.3 CONEXIÓN DE HARDWARE Y SOFTWARE 64
4.4 EVIDENCIAS 66
CONCLUSIONES: 70
BIBLIOGRAFÍA: 70
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I
Objetivo general:
Diseñar y desarrollar el sistema de control para la sustentación del ala de perfil
cualquiera, por medio de los elementos que conforman la mecatrónica tales como
programación, electrónica y el sistema mecánico.
Objetivo específico:
Conocer en detalle los instrumentos de Aviónica para el diseño de la simulación
del control de los alerones de un perfil cualquiera y su interconexión.
Identificar los sistemas y factores externos que tienen relación con la Aviónica,
Mecatrónica y Aeronáutica, que afectan a los sistemas de navegación.
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II
Estado del arte:
Un profesional interdisciplinario es capaz de diseñar, manufacturar y construir
dispositivos y sistemas mecatrónicos, así como automatizar procesos industriales,
y de navegación aérea, debe dominar otro idioma, integrarse en equipos de
trabajo para desarrollar y emplear nuevas tecnologías, en beneficio de la sociedad
de forma sistémica y sin dañar el medio ambiente. El profesional en esta área de
la ingeniería debe solidar su liderazgo en los equipos interdisciplinarios de trabajo,
cuidando la cultura y educación social de sus miembros de acuerdo a su origen y
nacionalidad. Por lo anterior el responsable de proyecto, no solo debe ser un buen
científico, sino que también debe tener gusto por lo humanístico y las relaciones
sociales.
El profesional egresado del Instituto Politécnico Nacional debe comprometerse con
su ideario “La técnica al servicio de la patria”; su compromiso es ser competitivo,
no solo nacional sino internacionalmente, desenvolverse correctamente en
cualquier parte y situación tanto personal como laboral. Por todo lo anterior esta
tesina tiene el enfoque de uno de los aspectos que debe cubrir el profesionista, en
cuanto a su capacidad de diseño, creatividad y construcción de herramientas
auxiliares en la industria moderna.
Sin embargo este estudio forma parte de ciencias como Biónica, Mecatrónica,
Telemática, lo cual convenientemente le prepara para formarse como
investigadores en el área de Tecnología Avanzada.
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III
Antecedentes:
La mecatrónica nace a causa de la revolución industrial, que tuvo como
consecuencia la creación de maquinas para el aumento en la calidad y cantidad
de productos de uso, o consumo masivo, luego a mediados de los años cuarenta
del siglo pasado la llamada segunda revolución industrial que tuvo como
característica relevante la creación del transistor semiconductor y la
miniaturización de los componentes electrónicos acoplados en circuitos
integrados, dio origen al computador digital, este invento cambio totalmente el
pensamiento de la sociedad y de la industria. En medio de estas dos épocas, los
países que emplearon, pero en especial que produjeron estas nuevas tecnologías
que se pusieron a la cabeza o a la vanguardia de la sociedad.
El término de Mecatrónica surge de la combinación sinérgica de distintas ramas de
la Ingeniería, entre las que destacan: la Mecánica de precisión, la Electrónica, La
Informática y los Sistemas de Control. Su principal propósito es el análisis y diseño
de productos y de procesos de manufactura automatizados.
La cantidad de electrónica que se ha introducido en las aeronaves en los últimos
años relacionados con la navegación, la aproximación, el aterrizaje, la
instrumentación general, etc. es enorme. Gracias a todos los microprocesadores y
demás dispositivos manejados en la aviónica de control, día a día, los aviones se
convierten en medios más seguros, prácticos y cómodos para transportar a
millones de personas a través de todo el mundo.
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IV
Justificación:
En la actualidad toda institución educativa en la Ingeniería Aeronáutica está
comprometida e involucrada en la preparación de Especialistas en diferentes
áreas de soporte para el campo Aeronáutico.
Frente a los nuevos desarrollos electrónicos y de tecnología digital implementada
en las aeronaves, las disposiciones internacionales de seguridad aérea y la
actualización de equipos, se es consciente de las necesidades que tiene el país en
el campo aeronáutico, por esto el área de la simulación sustentada en la
mecánica, electrónica y programación proveen una alternativa eficaz para aliviar
los altos costos de inversión en materiales y equipos, haciendo viable el estudio de
la aviónica en los centros educativos y adecuada al inversionista-empresario, para
el desarrollo de tecnologías especializadas.
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V
Introducción:
Un sistema dinámico es un sistema cuyo estado evoluciona con el tiempo. El
comportamiento en dicho estado se puede caracterizar determinando los límites
del sistema, los elementos y sus relaciones; de esta forma se puede elaborar
modelos que buscan representar la estructura del mismo sistema.
En cuanto a la elaboración de los modelos, los elementos y sus relaciones, se
debe tener en cuenta:
1. Un sistema está formado por un conjunto de elementos en interacción.
2. El comportamiento del sistema se puede mostrar a través de diagramas
causales.
3. Hay varios tipos de variables: variables exógenas (son aquellas que afectan
al sistema sin que éste las provoque) y las variables endógenas (afectan al
sistema pero éste sí las provoca).
El software matemático MATLAB (abreviatura de MATrix LABoratory, "laboratorio
de matrices") ofrece un entorno de desarrollo integrado (IDE) con un lenguaje de
programación propio (lenguaje M). Está disponible para las plataformas Unix,
Windows y Mac OS.
Entre sus prestaciones básicas se hallan: la manipulación de matrices, la
representación de datos y funciones, la implementación de algoritmos, la creación
de interfaces de usuario (GUI) y la comunicación con programas en otros
lenguajes y con otros dispositivos hardware.
El paquete MATLAB dispone de dos herramientas adicionales que expanden sus
prestaciones, Simulink (plataforma de simulación multidominio) y GUIDE (editor de
interfaces de usuario - GUI). Además, se pueden ampliar las capacidades de
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VI
MATLAB con las cajas de herramientas (toolboxes); y las de Simulink con los
paquetes de bloques (blocksets).
Este software es muy usado en universidades y centros de investigación y
desarrollo.
Es por ello que se decidió usarlo, ya que este permitirá realizar una interfaz entre
la parte real y virtual del proyecto.
La Interfaz es la conexión entre dos ordenadores o máquinas de cualquier tipo
dando una comunicación entre distintos niveles.
Además, la palabra interfaz se utiliza en distintos contextos:
Pero la que se ocupara es la interfaz gráfica de usuario, conocida también como
GUI (del inglés graphical user interface) es un programa informático que actúa de
interfaz de usuario, utilizando un conjunto de imágenes y objetos gráficos para
representar la información y acciones disponibles en la interfaz. Su principal uso,
consiste en proporcionar un entorno visual sencillo para permitir la comunicación
con el sistema operativo de una máquina o computador.
Esto surge como evolución de las interfaces de línea de comandos que se usaban
para operar los primeros sistemas operativos, y es pieza fundamental en un
entorno gráfico. Como ejemplos de interfaz gráfica de usuario, cabe citar los
entornos de escritorio Windows, el X Windows de GNU/Linux o el de Mac OS X,
Aqua.
En el contexto del proceso de interacción persona-ordenador, la interfaz gráfica de
usuario es el artefacto tecnológico de un sistema interactivo, que posibilita a través
del uso y la representación del lenguaje visual, una interacción amigable con un
sistema informático.
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VII
Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado
tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida, este dispositivo es usado
principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en la robótica, en
la aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos físicos y químicos y
así conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o
viceversa.
Para programar las posiciones de los alerones en el ala, se utilizara la GUI de
Matlab, en conjunto con un transductor, para crear un entorno visual, amigable y
fácil de operar, es así como se da inicio al primer capítulo denominado Elementos
Básicos, con la intención de adentrarnos al mundo de la aeronáutica para
comprender el porqué se decidió hacer la simulación mecatrónica del control de
los alerones por interfaz grafica.
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1
CAPÍTULO I
1. Elementos básicos
En este capítulo expondremos los puntos fundamentales sobre la operación de las
aeronaves, es decir, describir las partes principales que permiten al avión
despegar, volar, aterrizar y virar.
1.1 Funcionamiento del avión
Independientemente del fabricante, tipo, modelo y tamaño, los aviones posen
elementos comunes sin los cuales no podrían volar. Todos necesitan un fuselaje,
alas, cola y superficies flexibles para el control del vuelo.
El fuselaje tiene que ser, necesariamente, aerodinámico para que ofrezca la
menor resistencia al aire. Esta es la parte donde se acomoda la tripulación, el
pasaje y la carga. En la parte frontal del fuselaje se encuentra situada la cabina del
piloto y el copiloto, con los correspondientes mandos para el vuelo y los
instrumentos de navegación.
Imagen 1.1 fuselaje
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2
Las alas constituyen la parte estructural donde se crea fundamentalmente la
sustentación que permite volar al avión. En los aviones que poseen más de un
motor, situados en las alas y en el caso que sean de reacción también pueden ir
colocados en la cola, en las alas están ubicados los tanques principales donde se
deposita el combustible que consumen los motores del avión.
Las alas varían en diseño, estructura de superficie y sección transversal
dependiendo del tamaño y tipo de actividad que desempeñara el avión, ya que son
de suma importancia para el vuelo.
Para que un avión pueda realizar las funciones básicas de despegue, vuelo y
aterrizaje es necesario que las alas incorporen también algunas superficies de
control, que generen cambios en su forma durante el vuelo.
Imagen 1.2 Alas
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3
Entre las funciones de algunas de esas superficies de control está incrementar la
creación de la sustentación que mantiene al avión en el aire, mediante la
introducción de variaciones en el área de las alas u ofreciendo mayor resistencia
al aire durante las maniobras de despegue y aterrizaje. De esa forma se logra
reducir al mínimo la velocidad necesaria para despegar o aterrizar, por eso el peso
y el tamaño del avión, son factores de suma importancia en la aviación.
Los alerones, en el campo de la aeronáutica, son unas superficies de mando y
control que se encuentran en los extremos de las alas de los aviones, su misión es
llevar a cabo los virajes del avión a ambos lados a través de un movimiento de
alabeo.
Imagen 1.3 Alerones
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4
La cola en la mayoría de los aviones posee una estructura estándar y simple,
formada por un estabilizador vertical también llamado timón de dirección, que va
en la cola vertical del avión y que permite que gire en la dirección de vuelo.
Y dos estabilizadores horizontales también llamados elevadores o timón de
profundidad en forma de “T” normal, “T” invertida, o cruz, que van en ambas colas
horizontales del avión y que permite que el avión suba o baje.
Aunque también se pueden encontrar aviones con dos y con tres estabilizadores
verticales, así como en forma de “V” con estabilizador vertical y sin éste.
Imagen 1.6 Estabilizadores de cola
Imagen 1.4 Estabilizador horizontal
Imagen 1.5 Estabilizador vertical
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Los aviones necesitan de uno o varios motores que lo impulsen para poder volar,
excepto los planeadores.
De acuerdo con su tamaño, los aviones pueden tener la siguiente cantidad de
motores:
Uno (monomotor)
Dos (bimotor)
Tres (trimotor)
Cuatro (cuatrimotor o tetramotor)
Seis (hexamotor).
Los dos tipos de motores en los aviones son los siguientes:
De émbolo o pistón (explosión)
De reacción (turbina)
Los motores de reacción se dividen, a su vez, en tres categorías:
Turborreactor o turbo jet
Turbo fan o turboventilador
Turbohélice o turbopropela
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El tren de aterrizaje. Es el mecanismo al cual se fijan las ruedas del avión. Los
aviones pequeños suelen tener tres ruedas, una debajo de cada semiala y otra en
el morro o nariz. En modelos de aviones antiguos o en los destinados a realizar
acrobacia aérea, esa tercera rueda se encuentra situada en la cola. En el primer
caso la configuración se denomina “triciclo” y mantiene todo el fuselaje del avión
levantado al mismo nivel sobre el suelo cuando se encuentra en tierra.
En los aviones que tienen la rueda atrás, llamada también “patín de cola”, el morro
o nariz se mantiene siempre más levantado que la cola cuando el avión se
encuentra en tierra.
En la mayoría de los aviones pequeños de poca velocidad, el tren de aterrizaje es
fijo. Sin embargo, en los más grandes y rápidos es retráctil, es decir, que se
recoge y oculta completamente después del despegue, para que no ofrezca
resistencia al aire, al aumentar la velocidad de desplazamiento. Dos de los trenes
de aterrizaje se ocultan, generalmente, debajo de las alas y el delantero dentro del
morro o nariz. Es tan grande la resistencia que puede ofrecer el tren de aterrizaje
cuando el avión se encuentra en vuelo, que si no se retrae, la fuerza que adquiere
el viento al aumentar la velocidad puede arrancarlo del fuselaje.
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1.2 Fuerzas en vuelo
El peso es el que empuja al avión hacia la tierra por efecto de gravedad.
La sustentación del avión es la fuerza producida por la forma aerodinámica del ala
al estar en vuelo.
El empuje es la fuerza que producen los motores jet o las hélices y que hace que
el avión pueda moverse por el aire.
La resistencia al avance, que es la fuerza que se opone al movimiento.
Para que el avión vuele, la sustentación debe ser mayor que el peso del avión, y el
empuje que entregan los motores también mayor que la resistencia.
Imagen 1.7 Fuerzas en vuelo
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1.3 Ejes del avión
Los ejes que actúan en un avión son el longitudinal, transversal y vertical.
Eje longitudinal. Es el eje imaginario que va desde la nariz (morro) hasta la cola
del avión. El movimiento alrededor de este eje (levantar un ala bajando la otra) se
denomina alabeo (en ingles "roll"). También se le denomina eje de alabeo.
Eje transversal o lateral. Es el eje imaginario que va desde el extremo de una
semiala al extremo de la otra. El movimiento alrededor de este eje (morro arriba o
morro abajo) se denomina cabeceo ("pitch" en ingles). También denominado eje
de cabeceo.
Eje vertical. Eje imaginario que atraviesa el centro del avión. El movimiento en
torno a este eje (morro virando a la izquierda o la derecha) se llama guiñada (en
inglés "yaw" ). Denominado igualmente eje de guiñada.
Imagen 1.8 Ejes del avión
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9
En un sistema de coordenadas cartesianas, el eje longitudinal o de alabeo sería el
eje "x"; el eje transversal o eje de cabeceo sería el eje "y", y el eje vertical o eje de
guiñada sería el eje "z". El origen de coordenadas de este sistema de ejes es el
centro de gravedad del avión.
1.4 Centro de gravedad
El centro de gravedad (CG) es el punto en que el avión quedaría en perfecto
equilibrio si estuviera suspendido de este punto, también como ya se mencionó en
el tema anterior, es el punto de intersección de los ejes longitudinal, lateral y
vertical, y el punto en que se supone que actúan las cuatro fuerzas fundamentales
del vuelo: sustentación, peso, resistencia y empuje. El CG debe mantenerse en su
rango de diseño para asegurar que el avión tenga un vuelo estable y responda
correctamente a los mandos.
Retomando algunos conceptos conocidos, el peso es la fuerza de atracción
gravitatoria ejercida de forma perpendicular a la superficie de la tierra, con un
sentido hacia abajo y con una intensidad proporcional a la masa del cuerpo sobre
el cual se ejerce. Esta fuerza gravitatoria atrae continuamente al avión hacia la
tierra, por lo cual es contrarrestada por la fuerza de sustentación para mantener al
avión en vuelo.
La cantidad total de sustentación producida por un aeroplano, está limitada por el
diseño de ala, el ángulo de ataque, la velocidad y la densidad del aire. Si la
sustentación tiene un límite, se deduce que el peso, fuerza opuesta, también lo
tiene, pues en caso contrario la sustentación podría ser insuficiente para
contrarrestar el peso y mantener al avión en vuelo.
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Por otra parte, un avión se diseña en función del uso al cual está destinado, avión
de transporte, combate, entrenamiento militar, aviones comerciales, privados y los
supersónicos que viajan a Mach 2*.
Se trata de hacer los aeroplanos lo más ligeros posible, sin sacrificar seguridad ni
potencia.
Estas son algunas deficiencias producidas por sobrepeso.
Mayor velocidad de despegue.
La carrera de despegue se hace más larga y se necesita más longitud de
pista.
La tasa de ascenso* se reduce y puede ser difícil librar obstáculos.
El techo absoluto* de operación del avión es más bajo.
La distancia máxima alcanzable es más corta.
La velocidad de crucero es menor.
La capacidad de maniobra del avión se empobrece.
Posibilidad de daños estructurales volando en áreas turbulentas.
La entrada en pérdida del avión se produce con una velocidad mayor que
en condiciones normales.
La velocidad de planeo y aterrizaje se incrementa.
Se necesita más longitud de pista en el aterrizaje.
El esfuerzo sobre el tren de aterrizaje es mayor.
La capacidad de freno se reduce. Entre muchas otras.
*Mach 2, se refiere a la velocidad en la que viaja, es decir a dos veces la velocidad del sonido.*tasa de ascenso, máxima
tasa que el avión puede dar de acuerdo a su relación peso potencia.*techo absoluto, se define como la máxima altitud a
la que puede ser sometido el avión.*velocidad de crucero, velocidad constante y uniforme que puede llevar un avión en
condiciones normales.
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Por eso es de suma importancia que el peso este nivelado. Para el desarrollo de
esta tesina, se calculó el centro de gravedad del prototipo, exactamente ahí es el
punto en donde colocaremos el tornillo sin fin, que actuara como el eje, este a su
vez montado en una rotula que permitirá el giro libre del avión.
*Ver capítulo IV imagen 4.17, 4.18
Imagen 1.9 Centro de gravedad
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1.5 Superficies de control
Las superficies de control son tres: alerones, timón de profundidad y timón de
dirección. El movimiento en torno a cada eje se controla mediante una de estas
tres superficies.
Cada movimiento del avión es provocado y controlado por una superficie
específica, otras están destinadas a mejorar el rendimiento en determinadas
circunstancias.
Las superficies de control están distribuidas en dos zonas del avión, las alas y la
cola.
Digamos que las superficies se dividen en dos grupos, el principal está formado
por los alerones, timón de profundidad y timón de dirección.
Este grupo controla los movimientos del avión sobre los tres ejes (longitudinal,
transversal y vertical) durante el vuelo normal, se manejan con los pedales y el
Imagen 1.10 Superficies de control
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13
bastón de mando (especie de volante, que además de rotar se desplaza hacia
delante y hacia atrás) o joystick.
El resto de las superficies, forman el grupo secundario y no funcionan
permanentemente durante el vuelo, solo se las utiliza en el despegue o en el
aterrizaje. Su finalidad es la de mejorar las condiciones de sustentación a bajas
velocidades.
Estas superficies no pueden desplegarse indistintamente, tienen velocidades
límites, ya que por encima de estas pueden sufrir daños estructurales.
1.5.1 Superficies primarias
Son superficies aerodinámicas movibles que, accionadas por el piloto a través de
los mandos de la cabina, modifican la aerodinámica del avión provocando el
desplazamiento de este sobre sus ejes y de esta manera el seguimiento de la
trayectoria de vuelo deseada.
Los alerones, en el campo de la aeronáutica, son unas superficies de mando y
control que se encuentran en los extremos de las alas de los aviones y su misión
es llevar a cabo los virajes del avión a ambos lados a través de un movimiento de
alabeo.
Principio de funcionamiento
El alerón está diseñado con una cara recta y una cara curva, o con ambas caras
curvas pero con una de ellas de mayor desarrollo o longitud, de modo que el aire
que pase por la curva lo tenga que hacer más rápido que el de la cara recta. Esto,
de acuerdo con el principio de Bernoulli, genera una caída de presión en la cara
curva y, en consecuencia, una fuerza debida a la succión.
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La idea es provocar una asimetría de sustentación en ambas alas de la aeronave.
Esto induciría a que una ascienda (gane sustentación) y la otra descienda (pierda
sustentación). Al deflectar los alerones hacia arriba o hacia abajo se logra este
efecto.
Supongamos que se quiere realizar un movimiento de alabeo a la derecha:
giramos el volante a la derecha; el alerón del ala derecha sube y al haber menos
sustentación esa ala desciende; por el contrario, el alerón abajo del ala izquierda
provoca mayor sustentación en esa ala y que esta ascienda.
Timón de profundidad, es la superficie o superficies móviles situadas en la parte
posterior del empenaje horizontal de la cola del avión, su accionamiento provoca
el movimiento de cabeceo (morro arriba o morro abajo) sobre su eje transversal.
En consecuencia, el movimiento de cabeceo del avión provoca la modificación del
ángulo de ataque.
Imagen 1.11 Funcionamiento de los
alerones.
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En algunos aviones, el empenaje horizontal de cola es de una pieza haciendo las
funciones de estabilizador horizontal y de timón de profundidad.
El timón de profundidad es accionado por el piloto empujando o tirando del volante
o la palanca de control, y suele tener una deflexión máxima de 40º hacia arriba y
20º hacia abajo.
Principio de Funcionamiento:
Al tirar del volante de control, esta superficie sube mientras que al empujarlo baja ,
en algunos aviones se mueve la totalidad del empenaje horizontal. El timón arriba
produce menor sustentación en la cola, con lo cual esta baja y por tanto el morro
sube (mayor ángulo de ataque). El timón abajo aumenta la sustentación en la cola,
esta sube y por tanto el morro baja (menor ángulo de ataque). De esta manera se
produce el movimiento de cabeceo del avión y por extensión la modificación del
ángulo de ataque.
Imagen 1.12 Funcionamiento del timón de profundidad.
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Timón de dirección, es la superficie móvil montada en la parte posterior del
empenaje vertical de la cola del avión. Su movimiento provoca el movimiento de
guiñada del avión sobre su eje vertical, sin embargo ello no lo hace virar, se suele
utilizar para equilibrar las fuerzas en los virajes o para centrar el avión en la
trayectoria deseada. Suele tener una deflexión máxima de 30º a cada lado.
Esta superficie se maneja mediante unos pedales situados en el suelo de la
cabina.
Principio de Funcionamiento:
Al pisar el pedal derecho, el timón de dirección gira hacia la derecha, provocando
una reacción aerodinámica en la cola que hace que esta gire a la izquierda, y por
tanto el morro del avión gire (guiñada) hacia la derecha. Al pisar el pedal izquierdo,
sucede lo contrario: timón a la izquierda, cola a la derecha y morro a la izquierda.
Imagen 1.13 Funcionamiento del timón de dirección.
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1.5.2 Superficies secundarias.
Es posible disminuir la velocidad mínima que sostiene a un avión en vuelo
mediante el control de la capa límite, modificando la curvatura del perfil, o
aumentando la superficie alar. Las superficies que realizan una o más de estas
funciones se denominan superficies hipersustentadoras.
Las superficies primarias nos permiten mantener el control de la trayectoria del
avión, las secundarias se utilizan en general para modificar la sustentación del
avión y hacer más fáciles muchas maniobras. Las superficies secundarias son:
flaps, slats y spoilers o aerofrenos.
Flaps, son dispositivos hipersustentadores, cuya función es la de aumentar la
sustentación del avión cuando este vuela a velocidades inferiores a aquellas para
las cuales se ha diseñado el ala. Situados en la parte interior trasera de las alas,
se deflectan hacia abajo de forma simétrica (ambos a la vez), en uno o más
ángulos, con lo cual cambian la curvatura del perfil del ala (más pronunciada en el
extradós* y menos pronunciada en el intradós*), la superficie alar (en algunos tipos
de flap) y el ángulo de incidencia, todo lo cual aumenta la sustentación (y también
la resistencia).
*extradós, Es la parte superior de un perfil alar, medido desde el borde de ataque hasta el borde de salida.*intradós, es
la parte inferior de un perfil alar, medido desde el borde de ataque hasta el borde de salida.
Imagen 1.14 Flaps y ángulos de extensión.
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Slats, Son superficies hipersustentadoras que actúan de modo similar a los flaps.
Situadas en la parte delantera del ala, al deflectarse canalizan hacia el extradós
una corriente de aire de alta velocidad que aumenta la sustentación permitiendo
alcanzar mayores ángulos de ataque sin entrar en pérdida.
Se emplean generalmente en grandes aviones para aumentar la sustentación en
operaciones a baja velocidad (aterrizajes y despegues), aunque también hay
modelos de aeroplanos ligeros que disponen de ellos.
En muchos casos su despliegue y repliegue se realiza de forma automática;
mientras la presión ejercida sobre ellos es suficiente, los slats permanecen
retraídos, pero cuando esta presión disminuye hasta un determinado nivel (cerca
de la velocidad de pérdida) los slats de despliegan de forma automática. Debido al
súbito incremento o disminución (según se extiendan o replieguen) de la
sustentación en velocidades cercanas a la pérdida.
Spoilers o Aerofrenos, al contrario que los anteriores, el objetivo de esta superficie
es disminuir la sustentación del avión. Se emplean sobre todo en reactores que
desarrollan altas velocidades y sirven para frenar el avión en vuelo, perder
Imagen 1.15 Slats
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velocidad y facilitar el aterrizaje, ayudar a frenar en tierra, y en algunos aviones
como complemento de los alerones para el control lateral y los virajes en vuelo.
Imagen 1.9 Spoilers o aerofrenos
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20
CAPÍTULO II
2. Electrónica de las aeronaves
En este capítulo resaltaremos el impacto que ha tenido la electrónica, y los
sistemas de control en las aeronaves para que las compañías quieran producir
“aviones más eléctricos”.
2.1 Sistemas de control en aeronaves
Aviónica es una abreviatura de electrónica para la aviación, la aviónica, es uno de
los tres ejes de la tecnología de construcción de aeronaves (los otros ejes son
sistemas de propulsión y sistemas estructurales).
Los principales sistemas de aviónica se pueden referir:
2.1.2 Sistemas de control de vuelo
La función de estos sistemas es permitir el control de la aeronave durante el vuelo.
Una tarea que originalmente era realizada por medios mecánicos y posteriormente
hidráulicos, actualmente descansa en gran medida en sistemas computarizados.
Esta nueva forma de transmitir los comandos del piloto a los mecanismos del
avión se conoce como "Fly-by-Wire" (comandos eléctricos de vuelo). Una
alternativa al "Fly-by-Wire" es el "Fly-by-Optics", en la que los cables son
cambiados por fibra óptica, que es inmune a interferencia electromagnética y
transmite datos a mayor velocidad.
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2.1.3 Sistema GPS para navegación
El sistema de posicionamiento global (GPS - global positioning system) es una
tecnología que permite determinar rápidamente y con gran precisión la localización
sobre la Tierra de cualquier objeto, por lo que se está convirtiendo en la principal
herramienta de navegación.
Sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS - Instrument landing system).
Su función es ayudar a los pilotos para que alineen su nave con la línea central de
la pista de aterrizaje durante la aproximación final. El sistema abordo consiste,
básicamente en un receptor que procesa una señal de radio proveniente de un
transmisor sobre la pista y la convierte en información precisa de dirección y
altitud.
2.1.4 Sistemas de supervivencia
Su objetivo es garantizar un alto nivel de seguridad en la operación de la
aeronave.
Incluye subsistemas como los siguientes:
Sistema de advertencia de proximidad de suelo.
Su función es advertir al piloto que la nave puede estar en riesgo de hacer
contacto no intencional con el suelo, mediante la lecturas de una serie de
sensores de diferentes sistemas, incluyendo altímetros, sensores de configuración
de alerones y sensores del ILS.
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Sistema de alerta de tráfico y prevención de colisiones (TCAS – Traffic Alert
and Collision Avoidance System).
Consiste, básicamente, en un dispositivo transmisor-receptor que busca
permanentemente señales provenientes de otros dispositivos TCAS como
indicador de la presencia de otra aeronave en las proximidades.
Sistema de detección de rayos y radar de clima.
Estos sistemas están diseñados para buscar diferentes elementos de las
tormentas, específicamente, rayos y precipitación (en el caso del radar) y
pronosticar su evolución.
Indicadores
Los indicadores de un avión es posiblemente el elemento más distinguible de la
tecnología en un avión. Dentro de este grupo de dispositivos se encuentra el
altímetro (que proporciona la altura a que se encuentra la nave, típicamente con
respecto al nivel del mar), el indicador de balance (conocido también como
horizonte artificial, muestra el balance del avión con respecto al horizonte: balance
de las alas e indica si la nariz está por abajo o arriba del horizonte), el indicador de
velocidad de aire (muestra la velocidad relativa del avión con respecto al aire
circundante), el indicador de velocidad vertical (también conocido como
variómetro, señala si el avión vuela nivelado o si está ascendiendo o
descendiendo y en este caso, la velocidad vertical correspondiente), el compás
magnético, giroscopios, indicadores de velocidad del motor, indicadores de
temperatura del motor, indicador del contenido de combustible, etc.
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Sistemas de comunicación.
Éste es un importante sector de la aviónica, responsable de garantizar canales de
comunicación al interior del avión y viceversa.
Los sistemas de electrónica, información y comunicaciones en un avión son cada
vez más numerosos y complejos. Así, la aviónica adquiere cada vez mayor
importancia.
2.1.5 Control digital del motor
El sistema completo de control digital del motor se denomina muchas veces
sistema FADEC, que incluye el ordenador-regulador, y la interface de entrada y
salida.
Los motores de los aviones comerciales tienen instalado el regulador FADEC ( Full
Authority Engine Control). FADEC que está constituido por el ordenador de control
y el hardware, que regula el propio motor y otros sistemas periféricos.
Así, el FADEC, además de calcular la cantidad exacta de combustible que se
introduce en la cámara de combustión del turborreactor, verifica otras funciones
como la inversión de empuje, la presentación de datos en la cabina de vuelo,
sistema de encendido, entre otros.
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El número de funciones controladas por el FADEC depende del tipo de avión. En
un motor de encendido por chispa de movimiento alternativo el FADEC usa
sensores de velocidad, temperatura y presión para controlar el estado de cada
cilindro. Una computadora digital calcula el pulso ideal para cada inyector y ajusta
el tiempo de encendido como sea necesario para lograr un rendimiento óptimo. En
un motor de encendido por compresión el FADEC funciona de manera similar y
realiza todas las mismas funciones, excepto las relacionadas específicamente con
el proceso de encendido por chispa.
Los sistemas FADEC eliminan la necesidad de magnetos, carburador, controles
de mezcla, y sobrealimentado de motor. Una palanca de acelerador solo es
característica de una aeronave equipada con un sistema de FADEC. El piloto
simplemente coloca la palanca del acelerador a la posición deseada, y el sistema
FADEC ajusta el motor y la hélice de forma automática para el modo
seleccionado. No hay necesidad que el piloto controle la mezcla de aire /
combustible.
Sistemas FADEC se consideran una parte esencial del motor y control de la
hélice, y puede ser alimentado por el sistema eléctrico principal de la aeronave. En
muchas aeronaves FADEC usa la energía de un generador separado conectado al
motor. Pero indiscutiblemente, debe haber una fuente de seguridad eléctrica
disponible. Un fallo de un sistema FADEC podría resultar en una pérdida completa
de empuje del motor.
La generación y presentación digital de datos del motor es función adicional del
sistema FADEC.
La presentación de datos se efectúa en pantallas CRT, de tubos de rayos
catódicos, o bien en las más modernas pantallas de cristal líquido LCD, de alta
resolución gráfica.
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La tendencia es a introducir cada vez más las pantallas de cristal líquido dado el
bajo consumo de corriente que tienen.
La información que proporciona el sistema FADEC se clasifica en dos categorías:
pantalla de datos primaria y secundaria. La clasificación de pantalla se hace en
atención a la categoría de los datos que se presentan en un instante dado.
La pantalla primaria de datos visualiza parámetros esenciales del motor, tales
como revoluciones de los grupos rotatorios, temperatura de gases de escape y
otros. Esto se muestra permanentemente.
La pantalla secundaria de datos visualiza variables secundarias, tales como la
presión y temperatura de aceite, estado de los filtros, etc. La página que contiene
estos datos se muestra en pantalla solo cuando se selecciona. La pantalla
secundaria tiene además dos configuraciones, una que se presenta durante la
puesta en marcha del motor y otra después.
Aprovechando la alta resolución gráfica que se ha conseguido recientemente en
pantallas de tubo de rayos catódicos CRT, y de cristal liquido LCD, conviene
señalar que la mayor parte de las indicaciones de los parámetros del motor se
muestran en rojo cuando se sobrepasa el valor admisible del parámetro, en ámbar
señal de precaución y en verde para operación normal.
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2.2 Comandos eléctricos de vuelo (fly- by- wire)
A principios de la década de los '80, el diseño de los sistemas de control
secundario comenzó a utilizar señales eléctricas que iban desde las palancas de
potencia a través de computadoras y hasta los actuadores hidráulicos de las
superficies de control. El nuevo sistema fly-by-wire (comandos eléctricos de vuelo)
hizo más fácil esta tecnología al control primario del avión. Ya no se necesitaba el
cuerno convencional de mando, dado que las órdenes salían del puesto de pilotaje
por vía electrónica, y se lo reemplazó por una palanca o bastón lateral más
pequeño, el denominado sidestick. El nuevo sistema redujo el peso y la
complejidad mecánica del avión, bajó los costos y representó para el piloto
grandes ventajas, principalmente en materia de precisión, seguridad y ergonomía*.
El primer avión comercial que utilizó estos controles fue el Concorde, que voló por
primera vez en 1969. Los Airbus A310, A300-600 y el Boeing 767 y 757 incorporan
el fly-by-wire a principio de los ´80 y lo usan de manera limitada para operar las
superficies móviles del ala (Slats, flaps y spoilers). El A320 fue el siguiente, en
1988, convirtiéndose en el primer avión comercial en hacer pleno uso de estos
modernos controles. El liderazgo de Airbus Industrie es seguido de cerca por
Boeing ya que está instalando este sistema en sus 777.
Las computadoras juegan un papel muy importante, conocen el sistema total de
capacidades técnicas y aerodinámicas del avión, los pilotos pueden hacer un uso
total de éstas sin correr el riesgo de exceder su envolvente de vuelo*. El sector de
la envolvente que figura en las computadoras del sistema fly-by-wire esta pre-
programado a manera de limitar las actitudes que pudiera adoptar la aeronave.
También se aplica la protección contra las violaciones a los excesos de velocidad
independientemente de la orden dada por un piloto al avión a través del sidestick.
*ergonomía, disciplina que se encarga de hacer más agradable la relación hombre – lugar de trabajo *envolvente de
vuelo, se refiere a los límites de carga y condiciones de vuelo satisfactorias para la aeronave.
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Un avión mas eléctrico es aquel avión al que se le han sustituido partes
mecánicas, hidráulicas o neumáticas por sus contrapartes eléctricas; como
resultado, la demanda eléctrica del transporte es más alta.
Sin embargo, no tiene la restricción de que toda la potencia que necesita para
operar y moverse sea totalmente eléctrica. En este caso el esquema de propulsión
puede ser híbrido, es decir, una mezcla entre eléctrico y de combustión interna.
Entre los aviones más eléctricos que existen a nivel comercial están por ejemplo el
Airbus 380 y el Boeing 787.
El Boeing 787-9 Dreamliner es una versión del 787-8 algo más grande. Ambos son
reactores super-eficientes con nuevas características atractivas para los
pasajeros. Aportará al segmento medio del mercado las economías operativas
propias de los grandes reactores, empleando un 20% menos combustible que
cualquier otro avión de su tamaño.
Imagen 2.1 Boeing 787 Dreamliner
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La arquitectura del sistema hidráulico del A380 difiere significativamente de otros
aviones, utiliza cuatro generadores eléctricos de frecuencia variable de 150 kVA.
Los cables eléctricos son de aluminio en lugar de cobre, para mayor ahorro de
peso debido al número de cables utilizados para un avión de este tamaño y
complejidad. El sistema de energía eléctrica está totalmente informatizado y
muchos contactores e interruptores han sido sustituidos por dispositivos de estado
sólido, para un mejor rendimiento y mayor fiabilidad.
Todos los aviones se controlan a través del movimiento de superficies fijas a sus
alas y empenajes. En una aeronave de pequeñas dimensiones, estas superficies,
conectadas mecánicamente a los controles de la cabina de mando, son
accionadas directamente por el piloto.
En aparatos más grandes y rápidos, como los aviones comerciales, se necesita un
esfuerzo mayor para mover esas superficies, lo que hace necesario el empleo de
actuadores hidráulicos.
Imagen 2.2 Airbus 380
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El enlace entre los controles de la cabina de pilotaje y los actuadores hidráulicos
de las alas y empenajes continúa siendo mecánico y se basa en cables de acero,
que se extienden por todo lo largo y ancho de la aeronave. Un avión con
implementación de fly-by-wire (comandos eléctricos de vuelo), este enlace se
sustituye por uno eléctrico. En el Airbus A320, por ejemplo, los computadores
canalizan el flujo de esas señales eléctricas.
El fly-by-wire elimina la necesidad de las columnas de mandos de control, una de
las compañías que mejor ha sabido aprovechar esto es Airbus, sustituyendo esas
columnas de control clásicas, por una pequeña palanca (stick) lateral cómoda de
usar, que también permite visualizar en su totalidad los instrumentos y libertad de
movimiento para el piloto.
Todos los aviones tienen limitaciones físicas, no pueden volar demasiado
despacio, o entrarían en pérdida; ni demasiado rápido, tienen que maniobrar
dentro de sus parámetros específicos o se tendrán daños estructurales, Estas
limitaciones se conocen como envolvente de vuelo y sus fronteras no deben ser
sobrepasadas en una operación normal.
Uno de los aviones mejor equipados y protegidos ante casi cualquier
inconveniente, y muestra mejor el sistema fly by wire es el A320, la protección de
la envolvente de vuelo de los controles, proporciona un resguardo adicional para
evitar exceder la mayoría de esas limitaciones. Esto ayuda a los pilotos a obtener
los máximos rendimientos de su aeronave conservando el pleno control, lo que
contribuye a aumentar la seguridad. Por ejemplo, la protección de la envolvente de
vuelo incrementa considerablemente las posibilidades de sobrevivir a un viento de
cizalladura* haciendo posible a los pilotos obtener de forma rápida y segura los
máximos rendimientos en régimen de ascenso.
*cizalladura, es el cambio en la velocidad o dirección del viento a lo largo de una línea recta).
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El fly-by-wire se ha convertido en un patrón industrial para los aviones de nueva
generación.
En el A320 existen cinco computadores de fly-by-wire y la aeronave puede volar
utilizando tan sólo uno de ellos; dichos computadores trabajan simultáneamente y,
si uno de ellos falla, el siguiente toma automáticamente el relevo.
Como todos los demás sistemas importantes de un avión comercial, los
computadores fly-by-wire están diseñados, construidos, probados y certificados
bajo las normas más estrictas
Cada uno de los cinco ordenadores de fly-by-wire se compone, de dos unidades
que no dejan de vigilarse mutuamente. Además, tres de ellos están diseñados y
construidos por un fabricante, mientras que los dos están hechos por otro, con una
concepción independiente, utilizando diferentes componentes. Estos dos tipos de
computadores se programan por equipos de trabajo que usan distintos lenguajes
de programación, haciendo virtualmente imposible que el mismo fallo afecte a
todos a la vez.
La probabilidad de que los cinco computadores fly-by-wire tengan una avería
durante un vuelo es extremadamente remota: el riesgo está calculado en menos
de una vez por un billón. Sin embargo, en el caso de pérdida del control, las
tripulaciones de A320 pueden continuar pilotando el aparato con los mandos
mecánicos auxiliares (compensación del timón horizontal y timón de dirección).
Un fallo eléctrico completo es extremadamente improbable, debido a que cuenta
con no menos de 5 fuentes de potencia diferentes un generador en cada uno de
los dos motores, la unidad de potencia auxiliar (APU), un generador hidráulico
ligado a una turbina de aire comprimido y baterías que pueden volar por 60min.
Pero, si existiese una falla eléctrica total, el A320 podría seguir volando gracias a
sus controles mecánicos de ayuda.
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No obstante los pilotos siempre pueden recuperar el control manual, presionando
un botón que desconecte el sistema automático.
Compañías del Grupo Safran, Hispano-Suiza está trabajando en la arquitectura de
los sistemas eléctricos requeridos para las aeronaves “más eléctricas” del futuro,
con énfasis en cuatro áreas:
sistema de propulsión (motor y góndola)
sistemas de aterrizaje y frenos
accionadores eléctricos de control de vuelo
administración de la energía eléctrica, desde la transmisión hasta el
cableado
Algunas de las ventajas de la energía eléctrica:
Fácil de usar
Potencia - Sólo cuando la necesita
Limpio - No deja residuos de sucio
Respetuoso del medio ambiente - No hay emisiones
Bajo Ruido - El motor es silencioso
No necesita mantenimiento
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CAPITULO III
3. Software y hardware para transferencia de datos.
En este capítulo describiremos los programas y dispositivos a ocupar en el
prototipo. Comenzaremos explicando el ambiente de programación Matlab
3.1 Software
3.1.1 Matlab
Es un lenguaje de alto desempeño diseñado para realizar cálculos técnicos,
integra el cálculo, la visualización y la programación en un ambiente fácil de utilizar
donde los problemas y las soluciones se expresan en una notación matemática.
MATLAB es un sistema interactivo cuyo elemento básico de datos es el arreglo
que no requiere de dimensionamiento previo. Esto permite resolver muchos
problemas computacionales, específicamente aquellos que involucren vectores y
matrices, en un tiempo mucho menor al requerido para escribir un programa en un
lenguaje escalar no interactivo tal como C o Fortran.
Se puede aplicar para
Cálculos numéricos
Desarrollo de algoritmos
Modelado, simulación y prueba de prototipos
Análisis de datos, exploración y visualización
Graficación de datos con fines científicos o de ingeniería
Desarrollo de aplicaciones que requieran de una interfaz gráfica de usuario
(GUI,Graphical User Interface).
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Los Scripts:
Los scripts son la clase más simple de archivos –M, no tienen argumentos de
salida. Los scripts son muy útiles para automatizar los comandos de MATLAB
cuando resulta muy difícil hacerlo desde la línea de comando. Los scripts operan
en el espacio de trabajo existente o pueden crear nuevas variables; es decir
pueden usar cualquier variable que esté presente en el espacio o crear nuevas
variables que queden disponibles al terminar de ejecutar el script para nuevos
cálculos.
El toolbox:
El toolbox de Adquisición de Datos (DAQ) le permite al usuario capturar y/o
generar señales reales e interactuar con ellas desde Matlab. De lo anterior, puede
deducirse que un sistema de adquisición de datos es un conjunto de software y
hardware que permiten a un sistema digital “conectarse” al mundo real.
Un sistema de adquisición de datos típico está formado de:
• Sensores y actuadores
• Hardware de adquisición de datos
• Hardware de acondicionamiento de señal
• Computadora o procesador
• Programa
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Construcción de interfaz grafica de usuario en Matlab:
La interfaz de usuario es el medio con que el usuario puede comunicarse con una
máquina, un equipo o una computadora, y comprende todos los puntos de
contacto entre el usuario y el equipo.
La interfaz gráfica de usuario, conocida también como GUI (del inglés graphical
user interface) es un programa informático que actúa de interfaz de usuario,
utilizando un conjunto de imágenes y objetos gráficos para representar la
información y acciones disponibles en la interfaz. Su principal uso, consiste en
proporcionar un entorno visual sencillo para permitir la comunicación con el
sistema operativo de una máquina o computador.
Habitualmente las acciones se realizan mediante manipulación directa, para
facilitar la interacción del usuario con la computadora.
Imagen 3.1 Sistema de adquisición de datos
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Surge como evolución de las interfaces de línea de comandos que se usaban para
operar los primeros sistemas operativos y es pieza fundamental en un entorno
gráfico.
En el contexto del proceso de interacción persona-ordenador, la interfaz gráfica de
usuario es el artefacto tecnológico de un sistema interactivo que posibilita, a través
del uso y la representación del lenguaje visual, una interacción amigable con un
sistema informático.
Matlab permite desarrollar fácilmente un conjunto de pantallas (paneles) con
botones, menús, ventanas, etc., que permiten utilizar de manera muy simple
programas realizados dentro de este entorno. Este conjunto de herramientas se
denomina interfaz gráfica de usuario (GUI). Las posibilidades que ofrece MATLAB
no son muy amplias, en comparación a otras aplicaciones de Windows como
Visual Basic y Visual C. La elaboración de GUIs se puede llevarse a cabo de dos
formas, la primera de ellas consiste en escribir un programa que genere la GUI
(script), la segunda opción consiste en utilizar la herramienta de diseño de GUIs,
incluida en el Matlab, llamada GUIDE.
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3.2 Hardware
3.2.1 Arduino
Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un
microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la
electrónica en proyectos multidisciplinares.
El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos
de entrada/salida.
El software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de
programación Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que corre
en la placa.
Arduino puede detectar las entradas por una variedad de sensores que tiene y
puede afectar a sus alrededores controlando luces, motores y otros actuadores. El
microcontrolador de la placa se programa mediante el lenguaje de programación
Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en
Processing ). Estos proyectos Arduino pueden ser independientes o se pueden
comunicar con el software que se ejecuta en un ordenador (por ejemplo, Flash,
Processing, MaxMSP ).
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3.2.2. Arduino uno
El Arduino UNO es una placa electrónica basada en el ATmega328. Tiene 14
entradas / salidas digitales pines (de los cuales 6 pueden ser utilizados como
salidas PWM), 6 entradas analógicas, un oscilador de cristal de 16 MHz y una
conexión USB.
Describiendo componentes
1.- Micro controlador ATmega328
Es un microcontrolador de la compañía Atmel que cuenta con 32KB de memoria
flash, 2KB de memoria RAM y 1KB de memoria EEPROM.
Imagen 3.2 Placa Arduino Uno
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Características
Voltaje de Operación: 5V
Memoria Flash: 32 KB de los cuales 512 bytes son utilizados por el bootloader
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Velocidad del Reloj 16 MHz
2.- Boton Reset
Suministrar un valor LOW(0V) para reiniciar el microcontrolador.
3.- ICSP
Conector para la programación ICSP, este es el sistema utilizado en los
dispositivos PIC para programarlos sin necesidad de tener que retirar el chip del
circuito del que forma parte.
4.- PWM
Pines 3, 5, 6, 9, 10 y 11 provee de 8 bits de salida PWM con la función
analogWrite. La modulación por ancho de pulsos (PWM) de una señal o fuente de
energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal
periódica, ya sea para transmitir información a través de un canal de
comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.
5.- Serie: 0 (RX) y 1 (TX)
Se utiliza para recibir (RX) y transmisión (TX) datos serie TTL. Estos pines están
conectados a los pines correspondientes de la ATmega8U2 USB-to-TTL de chips
de serie.
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6.- Interrupciones externas
Pines 2 y 3 Estos pines pueden ser configurados para activar una interrupción en
un valor bajo, un flanco ascendente o descendente, o un cambio en el valor.
7.- SPI
10 El Bus SPI (del inglés Serial Peripheral Interfaces) es un estándar de
comunicaciones, usado principalmente para la transferencia de información entre
circuitos integrados en equipos electrónicos.
El bus de interfaz de periféricos serie o bus SPI es un estándar para controlar casi
cualquier dispositivo electrónico digital que acepte un flujo de bits serie regulado
por un reloj.
8.- GND
Pines de tierra. Abreviación de Ground que traducido al español es Tierra y en el
contexto de la electrónica significa el común del circuito adonde se supone que
existe 0 voltios.
9.- AREF
Tensión de referencia para las entradas analógicas. Se utiliza con
analogReference ().
10.- USB
El Arduino UNO tiene una serie de facilidades para comunicarse con una
computadora, Usando los canales de comunicación de esta serie a través de USB
y aparece como un puerto COM virtual en el ordenador. Utiliza el estándar de los
controladores USB COM, y no necesita ningún controlador externo.
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11.- Conector de alimentación
Plug hembra de 2.1mm para la conexión de alimentación en la placa.
12.- Reset
Suministrar un valor LOW(0V) para reiniciar el micro controlador. Típicamente
usado para añadir un botón de reset a los shields que no dejan acceso a este
botón en la placa.
13.- 3.3 V
Una fuente de voltaje a 3.3 voltios generada en el chip FTDI integrado en la placa.
La corriente máxima soportada 50mA.
14.- 5V
La fuente de voltaje estabilizado usado para alimentar el micro controlador y otros
componentes de la placa.
15.- GND
Pines de toma de tierra.
16.- VIN
La entrada de voltaje a la placa Arduino cuando se esta usando una fuente
externa de alimentación (en opuesto a los 5 voltios de la conexión USB). Se puede
proporcionar voltaje a través de este pin, o, si se esta alimentado a través de la
conexión de 2.1mm , acceder a ella a través de este pin.
17.- Analog In
El Arduino UNO tiene 6 entradas analógicas, y cada una de ellas proporciona una
resolución de 10bits (1024 valores). Por defecto se mide de tierra a 5 voltios.
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18.- Cristal
Un cristal oscilador a 16Mhz, El oscilador de cristal se caracteriza por su
estabilidad de frecuencia y pureza de fase, dada por el resonador. La frecuencia
es estable frente a variaciones de la tensión de alimentación. La dependencia con
la temperatura depende del resonador, pero un valor típico para cristales de
cuarzo es de 0.005% del valor a 25 °C, en el margen de 0 a 70 °C.
Para hacer la programación ocuparemos el Micro controlador ATMEGA328 motivo
por el cual se abordada en el tema siguiente un poco sobre micro controladores.
3.2.3 Microcontrolador
Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de una
computadora. Se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea
determinada y, debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio
dispositivo al que gobierna. Esta última característica es la que le confiere la
denominación de «controlador incrustado» (embedded controller).
Imagen 3.3 Microcontrolador ATmega328
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42
El micro controlador es una computadora dedicada. En su memoria sólo reside un
programa destinado a gobernar una aplicación determinada; sus líneas de
entrada/salida (puertos) soportan la conexión de los sensores y actuadores del
dispositivo a controlar, y todos los recursos complementarios disponibles tienen
como única finalidad atender los requerimientos del micro controlador. Una vez
programado y configurado el micro controlador solamente sirve para gobernar la
tarea asignada.
Diferencia entre microprocesador y micro controlador
El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de
Proceso (UCP), también llamada procesador de una computadora.
La UCP está formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y
el flujo de los datos. Las patitas (buses) de un microprocesador sacan al exterior la
información procesada por este, para permitir conectarle con el hardware que
compone a una computadora, por ejemplo el teclado, la pantalla, el mouse, etc.
Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse una
computadora con las características que se desee, acoplándole los módulos
necesarios.
Un microcontrolador es un sistema cerrado que contiene una computadora
completa y de características limitadas que no se pueden modificar.
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43
Arquitectura interna
Un micro controlador posee todos los componentes de una computadora, pero con
características fijas que no pueden alterarse (y en ocasiones más limitadas). Las
partes principales de un micro controlador son:
1. Procesador
2. Memoria no volátil para contener el programa (disco duro)
3. Memoria de lectura y escritura para guardar los datos (RAM)
4. Líneas de EIS para los controladores de periféricos:
a) Comunicación paralelo
b) Comunicación serie
c) Diversas puertas de comunicación (bus l2ºC, USB, etc.)
5. Recursos auxiliares:
a) Circuito de reloj
b) Temporizadores
c) Perro Guardián («watchdog»)
d) Conversores AD y DA
e) Comparadores analógicos
f) Protección ante fallos de la alimentación
g) Estado de reposo o de bajo consumo
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44
Enlistaremos las características más representativas de cada uno de los
componentes del microcontrolador.
Memoria de programa
El microcontrolador está diseñado para que en su memoria de programa se
almacenen todas las instrucciones del programa de control. No hay posibilidad de
utilizar memorias externas de ampliación. Como el programa a ejecutar siempre es
el mismo, debe estar grabado de forma permanente.
Existen cinco tipos diferentes de memoria adecuados para soportar esta función:
1. ª ROM con máscara
En este tipo de memoria el programa se graba en el chip durante el proceso de su
fabricación mediante el uso de «máscaras».
2. ª EPROM
La grabación de esta memoria se realiza mediante un dispositivo físico gobernado
desde una computadora, que recibe el nombre de grabador. En la superficie de la
cápsula del micro controlador existe una ventana de cristal por la que se puede
someter a la memoria del chip a rayos ultravioletas para producir su borrado y
emplearla nuevamente.
3. ª OTP (Programable una vez)
Este modelo de memoria sólo se puede grabar una vez por parte del usuario,
utilizando el mismo procedimiento que con la memoria EPROM. Posteriormente no
se puede borrar. Su bajo precio y la sencillez de la grabación aconsejan este tipo
de memoria para prototipos finales y series de producción cortas.
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45
4. ª EEPROM
La grabación es similar a las memorias OTP y EPROM, pero el borrado es mucho
más sencillo al poderse efectuar de la misma forma que el grabado, o sea,
eléctricamente. Sobre el mismo zócalo del grabador puede ser programada y
borrada hasta 1.000.000 veces.
Aunque se garantiza 1.000.000 de ciclos de escritura/borrado en una EEPROM,
todavía su tecnología de fabricación tiene obstáculos para alcanzar capacidades
importantes y el tiempo de escritura de las mismas es relativamente grande y con
elevado consumo de energía.
5. ª FLASH
Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y
borrar en circuito al igual que las EEPROM, y suelen disponer de mayor capacidad
que estas últimas. El borrado sólo es posible con bloques completos y no se
puede realizar sobre posiciones concretas. En las FLASH se garantizan 1.000
ciclos de escritura‐borrado. Son muy recomendables en aplicaciones en las que
sea necesario modificar el programa a lo largo de la vida del producto, como
consecuencia del desgaste o cambios de piezas, como sucede con los vehículos.
Por sus mejores prestaciones está sustituyendo a la memoria EEPROM para
contener instrucciones.
Microchip ha introducido la memoria FLASH porque tiene mejores posibilidades de
aumentar su capacidad con relación a la EEPROM. También por su mayor
velocidad y menor consumo. No obstante, la EEPROM es capaz de soportar
1.000.000 de ciclos de escritura/borrado, frente a los 1.000 de la FLASH.
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46
3.2.4 Servomotores de radiocontrol
Son pequeños dispositivos utilizados tradicionalmente en radiocontrol,
popularmente llamados “servos” y suelen usarse para el control del modelismo a
distancia, actuando sobre el acelerador de un motor de combustión, en el timón de
un barco o de un avión, en el control de dirección de un automóvil, etc, su
pequeño tamaño, bajo consumo, buena potencia, y notable precisión, los hacen
ideales para la construcción de los microrobots.
Un servomotor está constituido por un pequeño motor de corriente continua, unas
ruedas dentadas que trabajan como reductoras, lo que proporciona una potencia
considerable, y una pequeña tarjeta de circuito impreso con la electrónica
necesaria para su control.
Imagen 3.4 Servomotor.
Imagen 3.5 Servomotor desmontado
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47
Funcionamiento del servomotor
La tensión de alimentación de los servos suele estar comprendida entre los 4 y 8
volts. El control de un servo se limita a indicar en qué posición se debe situar,
mediante una señal cuadrada TTL modula en anchura de impulsos PWM (Pulse
Width Modualtion). La duración del nivel alto de la señal indica la posición donde
queremos poner el eje del motor. El potenciómetro que el servomotor tiene unido
al eje del motor indica al circuito eléctrico de control interno mediante una
retroalimentación, si este ha llegado a la posición deseada.
La duración de los impulsos indica el ángulo de giro del motor, cada servomotor
tiene sus márgenes de operación, que corresponden con el ancho del pulso
máximo y mínimo que el servo entiende y que, en principio, mecánicamente no
puede sobrepasar. Si se sobrepasan los límites de movimiento del servo,
comenzara a emitir un zumbido, avisando un cambio en la anchura del pulso.
Si el intervalo entre pulso y pulso es inferior al mínimo puede interferir con la
temporización interna del servo causando un zumbido y la vibración del brazo de
Imagen 3.6 Pulsos de control del servo.
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salida. Si es mayor que el máximo, entonces el servo pasara a estado dormido
entre pulsos provocando que se mueva a pequeños intervalos.
Es importante mencionar que para que un servo se mantenga en la misa posición,
es necesario enviarle continuamente un pulso de una anchura constante. De este
modo si existe alguna fuerza que le obligue a abandonar esta posición intentara
resistirse. Si se deja de enviar pulsos, o el intervalo entre pulsos es mayor del
máximo permitido, entonces el servomotor perderá fuerza y dejara de intentar
mantener su posición, entonces cualquier fuerza externa podría desplazarlo.
Un servomotor es como un motor eléctrico que solo se puede mover en un ángulo
de aproximadamente 180 grados, esto quiere decir que no dan vueltas completas
como los motores de corriente continua.
Los servomotores tienen tres terminales:
Alimentación del servo = V servo = terminal positivo de la batería. cable
color rojo.
Terminal del negativo de la batería,= GND (tierra), el cable puede ser color
café o negro.
Señal por donde se aplica la entrada de pulsos. El cable puede ser color naranja, amarillo, blanco o azul.
Imagen 3.7 Terminales de los servos.
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El servo que utilizaremos para el proyecto es el power high performance
HD- 1440A.
Dimensiones
Especificaciones
HD-1440ª 4.8 V 6.0 V
velocidad de operación
torque
0.12 segundos/ 60 grados
0.8 kg-cm
0.10 segundos/ 60 grados
1.0 kg-cm
HD-1440ª
Peso Límite de ángulo
4.3 gr (+/-) 1 gr 180 grados (+/-) 10 grados
Imagen 3.8 Servo HD-1440A Imagen 3.9 Dimensiones del servo HD-1440A
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CAPITULO IV
4. CONSTRUCCIÓN Y PROGRAMACIÓN DEL PROTOTIPO
Este capítulo se presenta paso a paso, el armado del prototipo así como la
programación de la interfaz gráfica de usuario en el ambiente Matlab, trabajando
en conjunto con la placa Arduino Uno y el servo HD-1440A previamente descritos
en el capítulo anterior, así como, la demostración física de los elementos básicos
abordados en el capítulo I.
4.1 Programas para el control de los servos de los alerones
Sketch para grabar en la tarjeta arduino uno:
#include <Servo.h> //Cabecera para el servo
Servo servo1;
Servo servo2;
int matlabDato1; //Se le asigna el valor leído en el puerto serial
int matlabDato2;
int pos = 90; //Posición inicial del servo
void setup(){
servo1.attach(9); //Servo en puerto 9
servo2.attach(8);
Serial.begin(9600); //Se inicializa el puerto serial configurado a 9600
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51
}
void loop(){
if(Serial.available()>0)
{
matlabDato1=Serial.read(); //Asignando valor leido en el puerto
if(matlabDato1==1) // Si el valor digitado es 1 gira a la derecha
{
pos += 5; //Se incrementa
servo1.write(pos); //La posición del servo
delay(15); //Se espera por otra orden
}
else if(matlabDato1==2) //Si el valor digitado es 2 gira a la izquierda
{
pos-=5; //Se decrementa
servo1.write(pos); //La posición del servo
delay(15); //Se espera por otra orden
}
matlabDato2=Serial.read(); //Asignando valor leído en el puerto
if(matlabDato2==1) //Si el valor digitado es 1 gira a la derecha
{
pos += 5; //Se incrementa
servo2.write(pos); //La posición del servo
delay(15); //Se espera por otra orden
}
else if(matlabDato2==2) //Si el valor digitado es 2 gira a la izquierda
{
pos-=5; //Se decrementa
servo2.write(pos); //La posición del servo
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delay(15); //Se espera por otra orden
}
}
}
GUI y programa en Matlab:
function varargout = alerones(varargin)
% ALERONES MATLAB code for alerones.fig
% ALERONES, by itself, creates a new ALERONES or raises the existing
% singleton*.
% H = ALERONES returns the handle to a new ALERONES or the handle to
the existing singleton.
% ALERONES ('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local
Imagen 4.1 Ambiente gráfico en Matlab
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% function named CALLBACK in ALERONES.M with the given input
arguments.
% ALERONES ('Property','Value',...) creates a new ALERONES or raises
the existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are
% applied to the GUI before alerones_OpeningFcn gets called. An
% unrecognized property name or invalid value makes property application
% stop. All inputs are passed to alerones_OpeningFcn via varargin.
%*See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one
instance to run (singleton)".
% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES
% Edit the above text to modify the response to help alerones
% Last Modified by GUIDE v2.5 14-Jan-2013 09:01:23
Begin initialization code - DO NOT EDIT
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...
'gui_Singleton', gui_Singleton, ...
'gui_OpeningFcn', @alerones_OpeningFcn, ...
'gui_OutputFcn', @alerones_OutputFcn, ...
'gui_LayoutFcn', [] , ...
'gui_Callback', []);
if nargin && ischar(varargin{1})
gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});
end
if nargout
[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
else
gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
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54
end
% End initialization code - DO NOT EDIT
% --- Executes just before alerones is made visible.
function alerones_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn.
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin command line arguments to alerones (see VARARGIN)
% Choose default command line output for alerones
handles.output = hObject;
% Update handles structure
guidata(hObject, handles);
% UIWAIT makes alerones wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);
global dato1;
global dato2;
global arduino;
global di;
global dd;
di=0;
dd=0;
dato1=1;
dato2=1;
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%Se crea la comunicacion serial en COM4
arduino=serial('COM4','BaudRate',9600);
%Se abre el puerto poder enviar los datos
fopen(arduino);
% --- Outputs from this function are returned to the command line.
function varargout = alerones_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Get default command line output from handles structure.
varargout{1} = handles.output;
% --- Executes on button press in masAI.
function masAI_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to masAI (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
global dato1;
global di;
dato1=1;
fprintf(arduino,'%s',char(dato1)); %Se envia el DATO
di=di+5;
set(handles.gradAI,'string',di);
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56
% --- Executes on button press in menosAI.
function menosAI_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to menosAI (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
global dato1;
global di;
dato1=2;
fprintf(arduino,'%s',char(dato1)); %Se envia el DATO
di=di-5;
set(handles.gradAI,'string',di);
% --- Executes on button press in masAD.
function masAD_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to masAD (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
global dato2;
global dd;
dato2=1;
fprintf(arduino,'%s',char(dato2)); %Se envia el DATO
dd=dd+5;
set(handles.gradAD,'string',dd);
% --- Executes on button press in menosAD.
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function menosAD_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to menosAD (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
global dato2;
global dd;
dato2=2;
fprintf(arduino,'%s',char(dato2)); %Se envia el DATO
dd=dd-5;
set(handles.gradAD,'string',dd);
% --- Executes on button press in fin.
function fin_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to fin (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
fclose(arduino); %Se cierra el puerto
close
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58
4.2 Implementación de superficies de control (alerones), y andamiaje.
Para poner en marcha este proyecto se adaptó un planeador, es decir, a las alas
se le implementaron superficies de control, unos alerones con el fin de demostrar
el efecto de alabeo. En términos simples provocar que una semiala ascienda
(gane sustentación) y la otra descienda (pierda sustentación). Al deflectar los
alerones hacia arriba o hacia abajo.
Imagen 4.2 Planeador
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Paso 1
Con ayuda de una cortadora de unicel, y un cutter se procede a cortar las
superficies de control, en este caso solo seran los alerones.
Paso 2
Para que los alerones hagan su correcta función se ocuparon bisagras de plástico,
3 para cada alerón, se le hizo una ranura al alerón y al ala aproximadamente de
1cm, es importante recalcar que las bisagras deben estar a la misma distancia, las
bisagras deben ser metidas a presión en ambos lados cuidando el libre
movimiento de ellas.
Imagen 4.3 Creación de alerones
Imagen 4.4 Bisagras de plástico Imagen 4.5 Colocación de bisagras
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60
Paso 3
Para construir el mecanismo de los alerones se ocuparon 2 cuernos de mando,
alambre acerado y el servo, se procedió a hacer las mediciones, marcar la silueta
en donde estaría situado el servo y el cuerno de mando, así como la distancia de
la varilla, sin perder de vista la longitud a la que la varilla debe ser cortada
permitiendo que el servo haga su carrera y defelcte los alerones a los ángulos
deseados.
Imagen 4.6 Cuerno de mando Imagen 4.7 Varilla Imagen 4.8 Microservo
Imagen 4.10 Colocación de servo y
cuerno de mando.
Imagen 4.9 Orificios para colocación
de servo y cuerno de mando.
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61
Paso 4
Decoración
Imagen 4.12 Acabado del avión
Imagen 4.13 Vista del alerón
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62
Paso 5
Andamiaje
Imagen 4.14 Vista superior del
andamiaje
Imagen 4.15 Rótula
Imagen 4.16 Vista frontal del andamiaje
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63
Paso 6
Colocación del eje en el centro de gravead.
Imagen 4.17 Vista de colocación de eje.
Imagen 4.18 Acercamiento de la colocación del eje en
el centro de gravedad
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4.3 Conexión de hardware y software
Imagen 4.19 Mecanismo de
alerones
Imagen 4.20 Tarjeta Arduino
Imagen 4.21 Ambiente
Matlab Imagen 4.22 Iniciando
GUIDE de Matlab
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Imagen 4.23 Ambiente grafico y código
Imagen 4.24 Iniciando el
ambiente GUIDE
Imagen 4.25 Diseño de la
interfaz grafica
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Imagen 4.26 Código para mover
los alerones.
Imagen 4.27 Muestra los grados a
los que están los alerones.
Imagen 4.28 Acercamiento de la pantalla que controla los grados
de los alerones.
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4.4 Evidencias
Imagen 4.29 Prototipo visto de frente.
Imagen 4.30 Prototipo vista en planta.
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Imagen 4.31 Vista lateral del mecanismo del alerón.
Imagen 4.32 Vista frontal superior del prototipo
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Imagen 4.33 Vista lateral del prototipo.
Imagen 4.34 Prueba final del prototipo
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70
Conclusiones:
En este trabajo se diseño y desarrollo un sistema de control para la simulación
electromecánica de sustentación del ala de un perfil cualquiera, utilizando software
de programación, sus herramientas de interfaz grafica, sus prestaciones de
comunicación por transferencia de datos y elementos electromecánicos para
auxiliar la motricidad de los alerones.
Al conocer la instrumentación empleada en aviónica, su interconexión e
identificación de sistemas, y factores externos que afectan a la navegación, así
como los que tienen relación con la mecatrónica y aeronáutica, fue posible el
diseño de la colocación de los dispositivos de control para simular el movimiento
de alerones en las alas de un modelo de avión.
Aprovechando el funcionamiento electromecánico y la transferencia de datos, se
diseño una interfaz grafica, que sirve para el control de estos alerones por medio
de una computadora personal, esto fue posible gracias a las herramientas y
conocimientos adquiridos a lo largo de la investigación para el desarrollo de este
proyecto.
Por lo anterior, se puede concluir que el objetivo, simular el control de los alerones
de un ala, se cumplió satisfactoriamente.
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71
Bibliografía:
Libros
1) Nassim Khale; Virtual Reality and Animation for MATLAB® and
Simulink® Users: Visualization of Dynamic Models and Control
Simulations; Springer 2012 Ed.
2) VV.AA.; Fundamentos de control con Matlab; Pearson España 2001.
3) Delores M. Etter; Solución de problemas de ingeniería con matlab;
Prentice Hall 1998.
4) By Douglas Stamps Ph.D;. Learn LabVIEW 2010 / 2011 Fast A Primer for
Automatic Data Acquisition; SDC Publications 2012.
Web
1. www.pololu.com
2. www.flightlearnings.com
3. www.wikipedia.es
4. www.ads-b.com
5. www.aviationtoday.com
6. www.arduino.cc
7. www.arinc.com
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72
“La Técnica al Servicio de la Patria”