Simulación de estructuras mecánicas para UAVs

Abstract

La generación de energía eléctrica a partir de energía procedente del entorno ha permitido aprovechar, en los últimos años, el efecto piezoeléctrico en la alimentación de dispositivos de baja potencia. El presente trabajo contiene los factores que contribuyen a maximizar esta generación de energía eléctrica. Todo hace indicar que la mayor generación de energía se produce cuando la frecuencia de excitación y la del propio sistema están adaptadas. La necesidad actual de obtener pequeños aviones no tripulados (UAVs) con mejores prestaciones hace imprescindible substituir elementos que incidan directamente en el peso de la aeronave. El uso de elementos piezoeléctricos permite crear fuentes de potencia local que además de alimentar pequeños sensores actúen como soporte estructural. Nace el concepto de estructura de auto captación de energía. Este documento estudia, mediante Comsol Multiphysics, software de análisis y resolución por elementos finitos, la viabilidad de introducir dispositivos piezoeléctricos en una estructura alar. En definitiva, este trabajo cuantifica la energía eléctrica que puede extraerse de un dispositivo piezoeléctrico colocado en el ala de un UAV, energía eléctrica instantánea que pueda ser, posteriormente, almacenada en una estructura completa de auto captación de energía.

English:Energy harvesting from ambient waste energy has allowed to take advantage of piezoelectric effect for the purpose of running low-powered devices. The present work aims to study the factors that help to maximize this generation of electricity. Everything indicates that optimal performance of the energy harvesting system is obtained when the frequency of ambient vibration closely matches the resonant frequency of the system. In recent times, a focus has been placed on the development of small unmanned aircraft (UAVs) with better performance. It is essential to replace components that can directly affect the weight of the aircraft. The use of piezoelectric devices enables to create local power sources for low-power electronics which act as a structural support. The concept of multifunctional piezoelectric self-charging structure is born. This paper study, using Comsol Multiphysics, finite element software, the feasibility of introducing these piezoelectric devices in a wing structure. In short, this study quantify the electrical energy that can be removed from a piezoelectric device placed in a wing of an UAV, instantaneous energy that can be subsequently stored in a complete self- changing structure.