Análisis, diseño estructural y construcción de un dron para la detección de minas antipersona

Abstract

Este proyecto se basa en la construcción de un prototipo de un dron para intentar solventar el problema de desminado que está presente actualmente en muchos países afectados gravemente por temas bélicos de distinta índole. Para su construcción se realiza un análisis mecánico y estructural, el cual consta de su correspondiente cálculo analítico contrastado con una simulación de elementos finitos (FEM) mediante software CAD (NX Siemens), con la finalidad de determinar si el dron es viable para su construcción. Para la realización del estudio mecánico mediante elementos finitos se ha diseñado y modelado el prototipo del dron en 3D, incluyendo el equipamiento que simula el sistema georadar, el cual tiene un coste muy elevado, motivo por el cual se ha fabricado un objeto con las características de volumen y peso similares al equipamiento original. El estudio mecánico se centra en diversos elementos estructurales del dron. Primeramente, se realizará la comprobación del módulo de Young proporcionado por el fabricante del frame a través de la deflexión generada por la fuerza de empuje del dron mediante un comparador analógico. Seguidamente, se ha realizado un estudio aerodinámico mediante el Teorema d la Cantidad de movimiento para obtener la potencia mínima que deben disponer los motores para poder generar la fuerza necesaria para la elevación del hexacóptero. Una vez seleccionado el motor incorporado al prototipo se ha realizado otro estudio aerodinámico para verificar que dichos motores son válidos mediante el Teorema Elemento de Pala. Otro punto importante del estudio mecánico es el estudio de los brazos solicitados a flexión debido a la fuerza de empuje que generan los motores del dron. Dicho estudio es contrastado con la simulación FEM para corroborar si el estudio analítico es correcto. Posteriormente se ha realizado un estudio mediante galgas extensiométricas para verificar los datos obtenidos analíticamente y mediante la simulación FEM. Además, se ha realizado un estudio tensional del chasis del hexacóptero mediante un análisis teórico analítico. Debido a la complejidad de la estructura, el estudio tensional analítico se centra en una sección determinada. Las tensiones obtenidas en dicho análisis se corroboran mediante la simulación FEM en la misma sección de estudio para corroborar los datos obtenidos mediante dicha simulación. La concentración de tensiones provoca que las tensiones obtenidas mediante simulación FEM en algunas zonas de sección variable o donde existen agujeros sean muy elevadas. Por otra parte, se ha realizado el diseño y construcción del prototipo del sistema georadar y de su correspondiente fijación para su acoplamiento en el hexacóptero. Para la construcción de dicho equipamiento se ha tenido en cuenta el peso del mismo y sus dimensiones, las cuales han hecho necesario modificar el tren de aterrizaje del dron, teniendo en cuenta a su vez, las necesidades técnicas del sistema georadar para la obtención de datos fiables en el barrido de las zonas analizadas con dicho equipamiento. Finalmente se realizó el acople de todos los componentes del dron, ya sean actuadores, controladores, elementos de envío y recibo de señal en la estructura intentando obtener el centro de masas del conjunto lo más centrado posible.