Titulación: Grado en Ingeniería en Tecnologías Aeroespaciales Alumno (nombre y apellidos): Alejandro Domínguez Moreno Título del TFG: Estudio de un sistema de propulsión para UAV de autonomía infinita ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Director/a del TFG: Luis Manuel Pérez Llera Convocatoria de entrega del TFG: Junio del 2015 Contenido de este volumen: DOCUMENTO 2.- ANEXO
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Titulación:
Grado en Ingeniería en Tecnologías Aeroespaciales
Alumno (nombre y apellidos):
Alejandro Domínguez Moreno
Título del TFG:
Estudio de un sistema de propulsión para UAV de autonomía infinita
El software GEOSOL – V 2.0 diseñado y programado por Alejandro L. Hernández,
Docente de la Maestría y Especialidad en Energías Renovables de la Facultad de
Ciencias Exactas de la Universidad Nacional de Salta, permite obtener la distribu-
ción en cualquier localización del planeta a lo largo de un día del año escogido por
el usuario. La localización se introduce a modo de coordenadas de latitud y lon-
gitud. Como se estudia el caso de Barcelona, los valores de latitud y longitud son
respectivamente 41 y 2, ambos positivos [26]. Para estudiar los casos extremos,
se escogen los días 22 de diciembre y 21 de junio, el solsticio de invierno y verano
respectivamente, en otras palabras, los días con menor y mayor cantidad de horas
de Sol.
Este software permite obtener una estimación de la distribución horaria de irradia-
ción solar mediante varios modelos [13]:
· Método de día claro de Page: cuenta con la desventaja que únicamente es
aplicable a los días sin nubosidad. Además requiere información de dos pa-
rámetros que varían en gran medida de un día para otro, como son la tempe-
ratura ambiente y la humedad relativa.
· Método de día claro hotel: como en el caso del modelo anterior, es solamente
aplicable a los días sin nubosidad. De la misma manera también resulta im-
preciso debido a que realiza las estimaciones según una selección del clima
de la locación dando a escoger entre 4 opciones: tropical, verano de latitud
media, invierno de latitud media y verano subártico
· Método de Liu – Jordan: éste modelo posibilita realizar las estimaciones ho-
rarias sobre cualquier localización a partir de la irradiación solar global diaria
media mensual. A partir de los valores diarios de irradiación solar global re-
gistrados durante un mismo mes del año y promediados a lo largo de varios
años, se puede obtener este dato. Por este motivo, al derivar de un promedio,
este método contabiliza una media con días claros, seminublados o nublados,
siendo la estimación más conservativa que la de los dos modelos anteriores.
Después de valorar los tres modelos, se escoge realizar los cálculos mediante el
método de Liu – Jordan de cielo anisotrópico debido a que a partir de la media dia-
ria de radiación global medida en Barcelona por la Agencia Estatal de Meteorología
es posible obtener estimaciones conservativas. Por medio de la serie histórica que
comprende las mediciones entre 1975 y 2012, se obtienen los datos de 6 MJ en
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ANNEX
diciembre, y 24.5 MJ en junio como valores de irradiación media diaria global en
Barcelona [3].
Sin embargo, como se puede observar en la Figura I.1.1 el programa requiere de
información adicional. Se introduce el huso horario, cuyo valor en Barcelona es de
GMT+1. En lo que refiere a los datos del plano, para simplificar los cálculos se hace
la hipótesis de que los paneles fotovoltaicos están en paralelo con la superficie
terrestre, es decir, la pendiente es igual a 0 y por consiguiente el valor de azimut
no afecta al resultado. De la misma manera, y suponiendo que no se colocarán
paneles en el intradós de la aeronave, el coeficiente de albedo no repercute en
la estimación de la irradiación. En cuanto a la altura sobre el nivel de mar, es un
parámetro que no afecta al resultado del cálculo utilizando este método.
Figura I.1.1: Interfaz de GEOSOL - V2.0.A la derecha los parámetros introducidos para el cálculos de la distribución deirradiación durante el 21 de diciembre. A la izquierda, se muestra el resultado.
Con todos los datos necesarios introducidos, el software realiza el cálculo de la
distribución diferenciando en irradiación directa y difusa (Figuras I.1.2 y I.1.3). Sin
embargo, ambas son formas de radiaciones solares y por lo tanto aprovechables
para los paneles fotovoltaicos [24].
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ANNEX
Figura I.1.2: Distribución horaria de irradiación solar durante el 22 de diciembre enBarcelona
Figura I.1.3: Distribución horaria de irradiación solar durante el 21 de junio en Bar-celona
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ANNEX
I.2. Cálculo de la variación de la eficiencia de las células
fotovoltaicas
A partir de los datos del fabricante, se procede a la obtención de los datos de la
variación de la eficiencia de las células en función de la temperatura y los niveles de
irradiancia [4] (Figura I.2.1). La información viene en forma de gráfica por lo que es
necesario extraer la información realizando mediciones sobre ella. Para realizarlas
con presión se utiliza la herramienta de CAD SolidWorks (Figura I.2.2).
Figura I.2.1: Dependencia de la eficiencia con la temperatura de utilización y elnivel de irradiación
La Figura I.2.1 muestra la dependencia de la eficiencia con la temperatura de uti-
lización y el nivel de irradiación. La eficiencia está expresada en % del valor en
el test en condiciones estándar (STC), donde la irradiancia es 1000 W/m2 y la
temperatura 25 C.
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ANNEX
Figura I.2.2: Acotaciones realizadas sobre la gráfica
A partir de las acotaciones de la gráfica, se encuentra la escala de la imagen a
partir de las medidas de los ejes de coordenadas y el valor de puntos estratégicos
para la obtención de la función de la eficiencia en función de la irradiancia para
25 C y 80 C. Se encuentra que la relación eje-cota vertical es de 0.1446, mientras
que la relación eje-cota horizontal es de 1.2450. Las dos funciones obtenidas a
partir de las conversiones son rectas definidas a trozos pues la gráfica tiene un
Para obtener el valor de la eficiencia expresada en tanto por uno, teniendo en
cuenta que es de 25 en STC:
Eficiencia = 25 % cambio de eficiencia/10000 (10)
De esta manera, cuando la temperatura de utilización de las células fotovoltaicas
se encuentra entre 25 C y 80 C, se realiza una interpolación entre ambas tempe-
raturas al nivel de irradiancia correspondiente para obtener el valor de la eficiencia.
I.2.1. Implementación en MATLAB
A continuación se muestra la función de MATLAB que realiza la interpolación:
1 f u n c t i o n [ eta ] = eta_JT ( J , T )2 % Esta func ion devuelve e l v a l o r de l a e f i c i e n c i a3 % en func ion de :4 % J : i r r a d i a n c i a s o la r [W/m^2]5 %T : temperatura de l a placa (oC)6 i f J==07 eta =0;8 else9
10 t he ta =(T−25)/(80−25) ;11 eta=eta_25 ( J ) + the ta * ( eta_80 ( J )−eta_25 ( J ) ) ;12 end13 end
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ANNEX
Donde eta_25 y eta_80 son las funciones de la eficiencia en función de la irradian-
cia a 25 C y 80 C respectivamente.
1 f u n c t i o n [ eta ] = eta_25 ( J )2 % Esta func ion devuelve e l v a l o r de l a e f i c i e n c i a a 80oC3 % en func ion de :4 % J : i r r a d i a n c i a s o la r [W/m^2]5
6 k=25; %e f i c i e n c i a STC7 j = [0 ,312.027 ,500 ,750] ;8 p=[0.023321497 ,0.007023974 ,0 ,0.005610991];9 e f f = [90.000 ,97.277 ,98.597 ,98.597] ;
10 i =1;11 whi le J> j ( i ) && i < leng th ( j )12 i = i +1;13 end14 eta=k * ( e f f ( i −1)+(J− j ( i −1) ) *p ( i −1) ) /1 e4 ;15
16
17 end
1 f u n c t i o n [ eta ] = eta_80 ( J )2 % Esta func ion devuelve e l v a l o r de l a e f i c i e n c i a a 80oC3 % en func ion de :4 % J : i r r a d i a n c i a s o la r [W/m^2]5
6 k=25; %e f i c i e n c i a STC7 j = [0 ,200.025 ,250.000 ,500.000 ,750.000] ;8 p=[0.04748505 ,0.016783485 ,0.01019812 ,0.006449747 ,0.005177151];9 e f f = [80.000 ,89.498 ,90.337 ,92.886 ,94.499] ;
10 i =1;11 whi le J> j ( i ) && i < leng th ( j )12 i = i +1;13 end14 eta=k * ( e f f ( i −1)+(J− j ( i −1) ) *p ( i −1) ) /1 e4 ;15
16
17 end
Cabe decir, que cuando a lo largo del desarrollo de la solución se cambian las
células utilizadas por las de eficiencia mayor del mismo fabricante, debido a las
hipótesis realizadas, solo realiza la modificación de cambiar la eficiencia de 25 a
28.8 (Ecuación 10, parámetro k en las funciones de MATLAB).
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ANNEX
I.3. Estudio preliminar
La totalidad de los cálculos se realizan a partir del software matemático MATLAB.
I.3.1. Script principal
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )6 % nh : numero de horas de l d ia7 %T : temperatura de u t i l i z a c i ó n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)8 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)9 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)
10 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)11 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)12 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)13 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA14 % dens : densidad de l a i r e ( kg /m^3)15 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r16 % t a i l f : f a c t o r de ocupación de los paneles en e l a la y l a co la f r e n t e a l a
ocupacion de l a la17 % rendp : rend imiento de l prop18 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero19 % mto : masa maxima de despegue de l a aeronave estudiada ( kg )20 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)21 % v c r d i s : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )22 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)23 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada24 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada25 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada26 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada27 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)28 % bat : masa de b a t e r i a necesar ia para a lbergar toda l a energ ia obtenida ( kg )29 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema30 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s ) . Var iab le de l problema31 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )32 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )33 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )34 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )35 % vs : ve loc idad de entrada en perdida (m/ s )36
37 c l ea r38 c lose a l l39 t i c40 UAV= ’MEGASTAR ’ ;41 mes = ’ d i c ’ ;42
62 % A l t i t u d63 h=100;64 a l f a i s a =1−6.5e−3*h /288 .15 ;65 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;66
67 % Parametros aerodinamicos y de vuelo68
69 ocup =0.95;70 t a i l f =1;71 rendp =0.85;72 Pto_Pcr =5;73
74 % Carga de parametros75 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;76 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;77 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;78 aeropar= f i l e I D 3 ;79 mto=aeropar ( 1 ) ;80 Sw=aeropar ( 2 ) ;81 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;82 hdis=aeropar ( 4 ) ;83 cd0=aeropar ( 5 ) ;84 k1a=aeropar ( 6 ) ;85 k2a=aeropar ( 7 ) ;86 CLmax=aeropar ( 8 ) ;87 f c l o s e ( f i l e ) ;88
108 Econs_mto ( : , j ) =Pto_mto ( : , j ) . / Pto_Pcr *nh ;109 Eeq_mto ( : , j ) =Eabs_mto’−Econs_mto ( : , j ) ;110 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ or ’ ,xUAV,yUAV) ;111 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; ’ Energia vs Sw a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero ’ ) ;112 x l a b e l ( ’ mto /Sw ( kg /m^2) ’ ) ;113 y l a b e l ( ’Ec / mto (Wh) ’ ) ;114 ax is ( [ 0 mto_Sw_UAV*1 .5 0 500] )115
116 hold on117 end118
119 %V s t a l l120 vs= s q r t (2 *9 .81*mto_Sw / dens /CLmax) ;121
122
123 l e v e l =logspace (0 ,2 .5 , n ) ;124
125 f ( 2 ) = f i g u r e ( 2 ) ;126 s u r f ( vcrv , mto_Sw , Eeq_mto ) ;127 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; ’ Balance energe t ico por unidad de masa vs Carga a l a r
y v_c_r ’ ) ;128 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;129 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;130 z l a b e l ( ’ Balance /M_T_O (Wh/ kg ) ’ ) ;131 ax is ( [ 0 20 0 mto_Sw_UAV*1.15 0 500] )132 cax is ( [ min ( l e v e l ) max( l e v e l ) ] ) ;133
134
135
136 f ( 3 ) = f i g u r e ( 3 ) ;137 contour ( vcrv , mto_Sw , Eeq_mto , ’ l e v e l L i s t ’ , l eve l , ’ f i l l ’ , ’ on ’ ) ;138 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; ’ Balance energe t ico por unidad de masa vs Carga a l a r
y v_c_r ’ ) ;139 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;140 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;141 z l a b e l ( ’ Balance /M_T_O (Wh/ kg ) ’ ) ;142 ax is ( [ 0 v c r d i s *1.15 0 mto_Sw_UAV* 1 . 1 5 ] )143 hold on144 a= l inspace (1 ,1 , n ) ;145 p lo t3 ( vs , mto_Sw , a ) ;146 p lo t3 ( [ vc rd is , v c r d i s ] , yUAV, [ 1 , 1 ] ) ;147 p lo t3 (yUAV,xUAV, [ 1 , 1 ] ) ;148 c = co lo rba r ;149 c . Label . S t r i n g = ’ Energia (Wh/ kg ) ’ ;
Alejandro Domínguez Moreno 11
ANNEX
150 f ig3name =[ ’ Balance_ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes ] ;151 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;152
153 f ( 4 ) = f i g u r e ( 4 ) ;154 contour ( vcrv , mto_Sw , Eeq_mto , ’ l e v e l L i s t ’ , l eve l , ’ f i l l ’ , ’ on ’ ) ;155 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; ’ Balance energe t ico por unidad de masa vs Carga a l a r
y v_c_r ’ ) ;156 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;157 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;158 z l a b e l ( ’ Balance /M_T_O (Wh/ kg ) ’ ) ;159 ax is ( [ 0 20 0 8 ] )160 c = co lo rba r ;161 c . Label . S t r i n g = ’ Energia (Wh/ kg ) ’ ;162 f ig4name =[ ’ Balance_ajustado_ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes ] ;163 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;164
165 f ( 5 ) = f i g u r e ( 5 ) ;166 s u r f ( vcrv , mto_Sw , Pto_mto ) ;167 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; ’ Pto vs Carga a l a r y Cruise Speed ’ ) ;168 x l a b e l ( ’ Cruise Speed (m/ s ) ’ ) ;169 y l a b e l ( ’ Mto /Sw ( kg /m^2) ’ ) ;170 z l a b e l ( ’ Pto / mto (W/ kg ) ’ ) ;171 hold on172 p lo t3 (yUAV,xUAV, [ 1 , 1 ] ) ;173 ax is ( [ 0 10 0 mto_Sw_UAV*1.15 0 100] )174
175
176
177 f ( 6 ) = f i g u r e ( 6 ) ;178 p l o t ( t , J , ’ b . ’ , t , P_S, ’ r . ’ , t , Ea_S) ;179 t i t l e ( ’ D is t rubuc ión ho ra r i a de potenc ia y energ ia ’ ) ;180 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;181 y l a b e l ( ’P(W) E(Wh) ’ ) ;182 ax is ( [ 0 24 0 500] )183
184 toc
Este script lee los parámetros de la aeronave a partir de un fichero .txt con el
siguiente formato y con el nombre ‘AEROPAR_’ y el nombre en mayúscula del
UAV. El ejemplo que se muestra es de los parámetros del UAV MEGASTAR[23]:
mto = 7 ;
Sw = 0.98 ;
vcrd = 13 ;
hd = 100 ;
cd0 = 0.0301 ;
k1a = 0 ;
k2a = 0.0595 ;
Alejandro Domínguez Moreno 12
ANNEX
CLmax = 1.71 ;
I.3.1.1. Explicación del script
· Línea 40: Nombre de la aeronave.
· Línea 41: Mes del estudio.
· Líneas 53-59: Cálculo de la irradiación solar y la potencia por unidad de su-
perficie que absorben las células fotovoltaicas.
· Líneas 62-65: Cálculo de la densidad del aire a la altura de vuelo mediante
el modelo de la Atmósfera Estándar Internacional.
· Líneas 67-72: Definición de parámetros.
· Líneas 74-87: Carga de la información de los parámetros de la aeronave.
· Líneas 90-91: Cálculo de la carga alar de la aeronave y de la masa de bate-
rías necesarias.
· Líneas 92-117: Cálculo y generación de la gráfica de energía frente a la carga
alar a diferentes velocidades de crucero a partir de la función de la potencia
para el vuelo en crucero..
· Líneas 120: Cálculo de la velocidad de entrada en pérdida.
· Líneas 123-182: Generación de las diferentes gráficas.
Además de las funciones mostradas anteriormente para el cálculo de la eficiencia
de las fotovoltaicas, este script utiliza las siguientes:
I.3.2. Cálculo de la irradiación
1 f u n c t i o n [ J ] = J_h ( h ,mes)2 % Esta func ion ca l cu la de Radación so la r ho ra r i a3 % en Barcelona e l método de Liu−Jordan en func ión de l a hora y de l mes .4 % J : i r r a d i a n c i a s o la r [W/m^2]5 % h : hora de l d ia [ hora ]6 %mes : mes de l año [ s t r i n g ]7 i f strcmp ( ’ ene ’ ,mes) ==18 J=J_hene ( h ) ;9 e l s e i f strcmp ( ’ jun ’ ,mes) ==1
10 J=J_hjun ( h ) ;11 e l s e i f strcmp ( ’ d i c ’ ,mes) ==112 J=J_hdic ( h ) ;13 else14 f p r i n t f ( ’ERROR: Mes i n c o r r e c t o o no d i spon ib l e \ n ’ ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 13
ANNEX
15 end16
17 end
1 f u n c t i o n [ J ] = J_hdic ( h )2 % Esta func ion ca l cu la de Radación so la r ho ra r i a3 % en Barcelona durante e l d ia 22 de Diciembre mediante4 % e l método de Liu−Jordan en func ión de l a hora .5 % J : i r r a d i a n c i a s o la r [W/m^2]6 % h : hora de l d ia [ hora ]7 swi tch h8 case 89 J =88.889;
10 case 911 J =180.556;12 case 1013 J =255.556;14 case 1115 J =297.222;16 case 1217 J =297.222;18 case 1319 J =255.556;20 case 1421 J =180.556;22 case 1523 J =88.889;24 otherwise25 J =0;26 end27 end
1 f u n c t i o n [ J ] = J_hene ( h )2 % Esta func ion ca l cu la de Radación so la r ho ra r i a3 % en Barcelona durante e l d ia 1 de Enero mediante4 % e l método de Liu−Jordan en func ión de l a hora .5 % J : i r r a d i a n c i a s o la r [W/m^2]6 % h : hora de l d ia [ hora ]7 swi tch h8 case 79 J =2.778;
10 case 811 J =105.556;12 case 913 J =211.111;14 case 1015 J =297.222;16 case 1117 J =347.222;18 case 1219 J =347.222;20 case 1321 J =297.222;22 case 1423 J =211.111;
Alejandro Domínguez Moreno 14
ANNEX
24 case 1525 J =105.556;26 case 1627 J =2.778;28 otherwise29 J =0;30 end31 end
1 f u n c t i o n [ J ] = J_hjun ( h )2 % Esta func ion ca l cu la de Radación so la r ho ra r i a3 % en Barcelona durante e l d ia 21 de Junio mediante4 % e l método de Liu−Jordan en func ión de l a hora .5 % J : rad iac ión so la r [W/m^2]6 % h : hora de l d ia [ hora ]7 swi tch h8 case 59 J =100.00;
10 case 611 J =227.778;12 case 713 J =372.222;14 case 815 J =516.667;16 case 917 J =644.444;18 case 1019 J =744.444;20 case 1121 J =797.222;22 case 1223 J =797.222;24 case 1325 J =744.444;26 case 1427 J =644.444;28 case 1529 J =516.667;30 case 1631 J =372.222;32 case 1733 J =227.778;34 case 1835 J =100.000;36 otherwise37 J =0;38 end39 end
I.3.3. Cálculo de la potencia requerida
1 f u n c t i o n [ Pto_mto ] = Pto_mto_cruise (mto_Sw , vcr , rendp , cd0 , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr )2 % Esta func ion ca l cu la e l va l o r de l a Potencia minima por unidad de masa durante
e l Takeof f en
Alejandro Domínguez Moreno 15
ANNEX
3 % func ión de :4 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r [m^2 ]5 %mto_Sw : carga a l a r [ kg /m^2 ]6 % vcr : ve loc idad de crucero [m/ s ]7 % rend : rend imiento de l a h e l i c e8 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a9 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r
10 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r11 % dens : densidad de l a i r e [ kg /m^3 ]12 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia durante e l despegue y e l crucero13
14 g=9.81; % ace le rac ión de l a gravedad [m/ s ^2 ]15 q =0 .5 . * dens . * vcr . ^ 2 ; % pres ion dinamica [ Pa ]16 Pto_mto=q . * vcr . * Pto_Pcr . / mto_Sw . / rendp . * ( cd0+k1a . * g . * mto_Sw . / q+k2a . * ( g . * mto_Sw . / q )
. ^ 2 ) ;17 end
I.3.4. Resultados del estudio
I.3.4.1. Variación del balance energético a lo largo del año
Comparando los meses de menor y mayor cantidad de horas de sol se observa
la gran variación esperada en el balance energético (Figura I.3.1 y I.3.2). A me-
dida que se incrementa la irradiación solar, se puede incrementar la velocidad de
crucero para una misma superficie alar. También se incrementa el rango de super-
ficies alares posible para la autonomía infinita. Sin embargo, es más viable realizar
variaciones de velocidad a los largo del año que no cambiar la carga alar.
Alejandro Domínguez Moreno 16
ANNEX
Figura I.3.1: Balance energético por unidad de masa durante el mes de diciembre
Figura I.3.2: Balance energético por unidad de masa durante el mes de junio
Alejandro Domínguez Moreno 17
ANNEX
I.3.4.2. Influencia de los parámetros aerodinámicos
El coeficiente con mayor trascendencia en el balance energético es el de resisten-
cia parásita (Figura I.3.3). Si se incrementa dicho parámetro aumenta considera-
blemente el consumo energético.
Figura I.3.3: Balance incrementando el CD0 hasta 0.2
En cuanto al coeficiente parabólico de la polar, afecta principalmente a las cargas
alares posibles para cada velocidad, limitándolas considerablemente (Figura I.3.4).
Alejandro Domínguez Moreno 18
ANNEX
Figura I.3.4: Balance incrementando el coeficiente parabólico hasta 0.2
Por último, el coeficiente lineal es el menos trascendental e incrementa su efecto a
medida que la velocidad de crucero aumenta (Figura I.3.5).
Alejandro Domínguez Moreno 19
ANNEX
Figura I.3.5: Balance incrementando el coeficiente lineal hasta 0.2
I.3.5. Influencia de la altura de crucero
La potencia requerida disminuye con el aumento de altitud pero varía escasamente
a lo largo del rango de alturas del UAV (Figura I.3.6). Esto se cumple solo si se
considera la polar constante a las diferentes alturas y velocidades.
Alejandro Domínguez Moreno 20
ANNEX
Figura I.3.6: Balance energético por unidad de masa a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 21
ANNEX
I.4. Estudio selección del UAV
El código de MATLAB utilizado para esta parte del estudio es el mismo empleado
para el estudio preliminar. Únicamente requiere de la introducción de los paráme-
tros de cada aeronave, en mayúscula, en un archivo txt (AEROPAR_NOMBRE.txt).
Los parámetros se extraen de las Características de los Candidatos [Véase Carac-
terísticas de los candidatos en la Memoria].
Se les otorgará una mayor valoración a aquellas aeronave que obtengan balances
positivos de energía a velocidades y cargas alares lo más elevadas posible.
I.4.1. Megastar
I.4.1.1. Parámetros
mto = 7 ;
Sw = 0.98 ;
vcrd = 13 ;
hd = 100 ;
cd0 = 0.0301 ;
k1a = 0 ;
k2a = 0.0595 ;
CLmax = 1.71 ;
Alejandro Domínguez Moreno 22
ANNEX
I.4.1.2. Resultados
Figura I.4.1: Balance energético por unidad de masa del UAV Megastar a 100 m dealtura
I.4.2. Shadow
I.4.2.1. Parámetros
mto = 55 ;
Sw = 3.09 ;
vcrd = 15.5 ;
hd = 1219.2 ;
cd0 = 0.0379 ;
k1a = -0.0317 ;
k2a = 0.0578 ;
CLmax = 2.08 ;
Alejandro Domínguez Moreno 23
ANNEX
I.4.2.2. Resultados
Figura I.4.2: Balance energético por unidad de masa del UAV Shadow a 100 m dealtura
I.4.3. Phoenix
I.4.3.1. Parámetros
mto = 15 ;
Sw = 0.8 ;
vcrd = 16 ;
hd = 1000 ;
cd0 = 0.027 ;
k1a = -0.0072 ;
k2a = 0.0371 ;
CLmax = 1.45 ;
Alejandro Domínguez Moreno 24
ANNEX
I.4.3.2. Resultados
Figura I.4.3: Balance energético por unidad de masa del UAV Phoenix a 100 m dealtura
I.4.4. SantBernat
I.4.4.1. Parámetros
mto = 110 ;
Sw = 2.75 ;
vcrd = 50 ;
hd = 3000 ;
cd0 = 0.01444 ;
k1a = 0 ;
k2a = 0.0349 ;
CLmax = 1.3 ;
Alejandro Domínguez Moreno 25
ANNEX
I.4.4.2. Resultados
Figura I.4.4: Balance energético por unidad de masa del UAV SantBernat a 100 mde altura
I.4.5. Albatros
I.4.5.1. Parámetros
mto = 120 ;
Sw = 21.73 ;
vcrd = 20 ;
hd = 800 ;
cd0 = 0.0176 ;
k1a = 0 ;
k2a = 0.0366 ;
CLmax = 1.5 ;
Alejandro Domínguez Moreno 26
ANNEX
I.4.5.2. Resultados
Figura I.4.5: Balance energético por unidad de masa del UAV Albatros a 100 m dealtura
Alejandro Domínguez Moreno 27
ANNEX
I.5. Estudio del desarrollo de la solución
I.5.1. Estudio del UAV seleccionado
Debido a la introducción de nuevas hipótesis se requiere de un código nuevo, más
completo y complejo. Precio al estudio, es necesaria la obtención de las polares de
la aeronave [Véase apartado II.5]. Los datos de las polares son introducidos como
archivos .txt que se obtienen a partir de la exportación análisis realizado en XFLR5.
La nomenclatura de entrada es la siguiente: B-’velocidad de crucero’.0-’altura’.txt.
Las velocidades pueden ser 7, 8, 9 y 16 m/s, mientras que las alturas, 100 y
1000 m. En cuanto a la entrada de parámetros de la aeronave, se ven incremen-
tados respecto el estudio preliminar. A continuación se muestra el archivo AERO-
PAR_PHOENIX.txt:
mto = 11 ;
Sw = 0.8 ;
vcrd = 16 ;
hd = 1000 ;
cd0 = 0.027 ;
k1a = -0.0072 ;
k2a = 0.0371 ;
CLmax = 1.45 ;
c = 0.25 ;
cdbody = 0.0061 ;
Sv = 0.02 ;
lt = 0.931157 ;
Sh = 0.06 ;
mbase = 2.3580 ;
wskindens = 2.4325 ;
tdens = 2.360 ;
din = 0.012 ;
din = 0.015 ;
espar = 0.00147 ;
Alejandro Domínguez Moreno 28
ANNEX
gros = 0.148 ;
ch = 0.1 ;
cv = 0.1 ;
Cabe decir que cada script de MATLAB genera automáticamente el archivo de la
siguiente evolución.
I.5.1.1. Script principal
A continuación se muestra el código que permite realizar el estudio de la aeronave
original con los paneles solares y las nuevas baterías. Además, permite obtener los
parámetros geométricos y másicos de la siguiente evolución según las condiciones
impuestas.
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l
Alejandro Domínguez Moreno 29
ANNEX
33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )66 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r67 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT68 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a69 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a70 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o71 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o72 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e73 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave74 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero75 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)76 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema77 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )78 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )79 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )80 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )81 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )82 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )
Alejandro Domínguez Moreno 30
ANNEX
83 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa enfunc ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )
84 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t icoen func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )
85 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)86 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)87 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)88 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la89 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l90 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)91 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca92 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)93 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)96 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)97 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)98 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)99 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)100 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )101 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )102 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)103 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )104 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)105 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )106 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)107 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )108 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)109 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)111 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)112 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)113 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)115 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)117 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)118 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )119 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )120 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)121 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)122 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)
Alejandro Domínguez Moreno 31
ANNEX
123 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l ave loc idad (W)
124 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)125 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)126 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)127 % E_t : contador de energia (Wh)128 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)129 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o130 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)131 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero132 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero133 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)134 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)135 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)136 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)137 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)138 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)139 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a140 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a141 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a142 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion143 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion144
145 c l ea r146 c lose a l l147 t i c148 UAV= ’PHOENIX ’ ;149 mes = ’ d i c ’ ;150 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;151 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;152 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;153 dat1= f i l e I D 1 ;154 dat2= f i l e I D 2 ;155 aeropar= f i l e I D 3 ;156 dat4= f i l e I D 4 ;157 mto_or ig=aeropar ( 1 ) ;158 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;159 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;160 hdis=aeropar ( 4 ) ;161 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;162 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;163 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;164 CLmax=aeropar ( 8 ) ;165 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;166 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;167 cdbody=aeropar (10) * 0 . 4 ;168 Sv_or ig=aeropar (11) ;169 l t _ o r i g =aeropar (12) ;170 Sh_orig=aeropar (13) ;171 mbase=aeropar (14) ;172 wskindens=aeropar (15) ;173 tdens=aeropar (16) ;
Alejandro Domínguez Moreno 32
ANNEX
174 d in_o r i g =aeropar (17) ;175 dout_or ig=aeropar (18) ;176 espar_or ig=aeropar (19) ;177 gros_or ig=aeropar (20) ;178 ch_or ig = aeropar (21) ;179 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;180 cv_or ig = aeropar (22) ;181 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;182 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;183 f c l o s e ( f i l e ) ;184
185 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola186 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;187 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;188
189 % A l t i t u d190 h=1000;191 h_s t r=num2str ( h ) ;192 Ts l =288.15;193 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;194 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;195 Ta= a l f a i s a * Ts l ;196 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land197 nu=mu/ dens ;198 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;199 ngrad =2;200 rmin =0 .1 ;201 rmax =1.4 ;202 nv =4;203 Re=zeros (1 , nv ) ;204 k4a=zeros (1 , nv ) ;205 k3a=zeros (1 , nv ) ;206 k2a=zeros (1 , nv ) ;207 k1a=zeros (1 , nv ) ;208 cd0=zeros (1 , nv ) ;209
210 vcrv =[8 9 7 1 6 ] ;211
212 f o r i =1: nv ;213 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;214 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;215 f i lename =[ ’B− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;216 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;217 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;218 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;219 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;220 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;221 f c l o s e ( f i l e ) ;222 i f ngrad==2223 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;224 k4a ( i ) =0;225 k3a ( i ) =0;226 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;
Alejandro Domínguez Moreno 33
ANNEX
227 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;228 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;229 e l s e i f ngrad==4230 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;231 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;232 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;233 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;234 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;235 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;236 end237 end238
239 n=1000; % numero de puntos240
241 % Parametros energét icos242
243 nh=24;244
245 i f mes== ’ d i c ’246 T= a l f a i s a *(273+11.1)−273;247 e l s e i f mes== ’ jun ’248 T= a l f a i s a *(273+25.2)−273;249 end250
302 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s303 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;304 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;305 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;306 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;307 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;308 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;309
310 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia311 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;312 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;313
314 % Calculo de las modi f i cac iones315 AR=12.8;316 ARh=6;317 cdens=1580;318 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;319 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;320 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;321 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;322 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;323 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;324 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;325 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;326 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;327 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;328 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;329 fSso la r =@(S) ocup . * S ;330 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;
Alejandro Domínguez Moreno 35
ANNEX
331 f carga=@(S) m(S) . / S ;332 fm=@(S) 15−m(S) ;333 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances334
335 % Nuevos parametros336 Sw= f s o l v e ( fm , Sw_orig , op t ions ) ;337 mto=m(Sw) ;338 b= fb (Sw) ;339 c= f c (Sw) ;340 Sv=fSv (Sw) ;341 Sh=fSh (Sw) ;342 bh=fbh (Sw) ;343 ch=fch (Sw) ;344 cv=ch ;345 bv=Sv / cv ;346 l t = f l t (Sw) ;347 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;348 Ssolar= fSso la r (Sw) ;349 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;350 bat=batmas_S * Ssolar ;351
352 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia353 renddia=rend . / rendb ;354 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;355 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;356 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a ( 1 ) , k1a
( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;357 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;358 E i n i =0;359 Enoche=0;360 E_t= E i n i ;361 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;362 Pa=Eabs / nh ;363 dias =2;364 f o r d ia =1: d ias365 f o r i =1:24366 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;367 i f Pcdia >Pin368 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche ;369 E_t=E_t+Pin−Pcnoche ;370 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;371 else372 E_t=E_t+Pin−Pcdia ;373 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;374 end375 end376 end377 Enoche=Enoche / d ias ;378 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;379 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;380
381 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;382 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;
Alejandro Domínguez Moreno 36
ANNEX
383 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;384 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;385 Drag=Pdrag . / vcrv ;386 Pprop=Pdrag ;387 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;388 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;389 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;390 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) . / 1 . 2 ;391 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;392
393 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−evo1 . t x t ’ ;394 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;395 f i l e I D 1 =dat1 ;396 f i l e I D 2 =dat2 ;397 f i l e I D 4 =dat4 ;398 aeropar ( 1 ) =mto ;399 aeropar ( 2 ) =Sw;400 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;401 aeropar ( 4 ) =h ;402 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;403 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;404 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;405 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;406 aeropar ( 9 ) =c ;407 aeropar (11)=Sv ;408 aeropar (12)= l t ;409 aeropar (13)=Sh ;410 aeropar (21)=ch ;411 aeropar (22)=cv ;412 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;413 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;414
415 f o r i =1: leng th ( aeropar )416 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;417 end418 f c l o s e ( f i l e ) ;419
420 f i g u r e ( 1 )421 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;422 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;423 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;424 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;425 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )426 ax is ( [ 0 7 0 500] )427 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;428 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;429
430 f i g u r e ( 2 )431 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;
Alejandro Domínguez Moreno 37
ANNEX
432 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades decrucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;
433 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;434 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;435 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )436 ax is ( [ 0 7 0 500] )437 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;438 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;439
440 f i g u r e ( 3 )441 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )442 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;443 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;444 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;445 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;446 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;447 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;448
449 f i g u r e ( 4 )450 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;451 f o r i =1:n452 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;453 end454 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )455 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;456 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;457 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;458 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’
Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )459 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )460 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;461 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;462
463 f i g u r e ( 5 )464 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;465 Pc_v=fPc_v ( v ) ;466 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;467 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;468 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;469 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;470 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )471 ax is ( [ 7 16 0 300] )472 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;473 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;474
475 % Comprobacion de l a po la r476 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;477 Cdreg=cd0 ( 1 ) +k1a ( 1 ) . * Clreg+k2a ( 1 ) . * Clreg .^2+ k3a ( 1 ) . * Clreg .^3+ k4a ( 1 ) . * Clreg . ^ 4 ;478 f i g u r e ( 6 )479 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , 1 ) ,CD( : , 1 ) . *1 .2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) ;480 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 38
ANNEX
481 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;482 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;483 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )484 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )485 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;486 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;487
488 f i g u r e ( 7 )489 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) ) / mto , 1 : nh* dias , ( E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) ) / mto )490 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;491 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;492 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;493 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;494 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;495 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;496
497 toc
I.5.1.2. Explicación del script
A continuación, se explica de manera resumida el funcionamiento del script princi-
pal. Es importante remarcar, que el código mostrado en el apartado anterior es la
base de los diferentes scripts utilizados a lo largo del desarrollo de la solución.
· Línea 148: Nombre de la aeronave.
· Línea 149: Mes del estudio.
· Líneas 150-183: Carga de la información de los parámetros de la aeronave.
· Líneas 186-187: Cálculo de los coeficientes de cola.
· Líneas 190-197: Cálculo de las propiedades del aire la altura de vuelo me-
diante el modelo de la Atmósfera Estándar Internacional.
· Líneas 199-237: Generación de la regresión para obtener la polar aerodiná-
mica de la aeronave según la velocidad de crucero y la altitud. Realiza la
regresión a partir de los datos de CL y CD exportados en txt del correspon-
diente análisis en XFLR5. El programa permite realizar tanto una regresión
de segundo grado como una de cuarto. No obstante, a lo largo del estudio,
únicamente se emplea la regresión de segundo grado para obtener una polar
parabólica. Además, se realiza automáticamente la corrección de la resisten-
cia y se añade la resistencia del fuselaje [Véase apartado II.5].
Alejandro Domínguez Moreno 39
ANNEX
· Líneas 257-261: Cálculo de la irradiación solar y la potencia por unidad de
superficie que absorben las células fotovoltaicas.
· Líneas 272-280: Definición de los diferentes rendimientos de la aeronave.
· Líneas 284-299: Cálculo del balance energético diario.
· Líneas 303-308: Cálculo de la carga alar máxima permitida para tener auto-
nomía infinita a 8 m/s.
· Líneas 310-312: Cálculo de la carga alar que requiere la mínima potencia.
· Líneas 319-326: Geometría de la aeronave en función de la superficie alar.
Se realiza la hipótesis de que los coeficientes de cola se conservan, así como
la relación entre el brazo de palanca de la cola y la envergadura. Imponiendo
un alargamiento de ala y de estabilizador horizontal -teniendo en cuenta que
ambos estabilizadores tiene la misma cuerda- es posible obtener todas las
superficies aerodinámicas.
· Líneas 327-330: Cálculo de la masa de la aeronave en función de la super-
ficie alar. Se realiza la hipótesis de que los espesores de las superficies se
conservan. Se considera que la altura de los largueros es igual al espesor
máximo del perfil y que tanto la piel de la cola como del ala tienen una densi-
dad superficial constante respecto a la del UAV original.
· Líneas 331-336: Cálculo de la superficie alar de la aeronave a una masa
dada, a partir de la función explicada anteriormente.
· Líneas 337-350: Definición de los parámetros de la siguiente evolución en
función de la superficie alar obtenida. Si el objeto del estudio es el análisis de
la versión actual, y no la obtención de una nueva versión, se debe imponer la
misma superficie alar y alargamientos.
· Líneas 353-378: Obtención del balance energético horario.
· Líneas 393-418: Generación del archivo txt con los parámetros de la aerona-
ve obtenida.
· Líneas 420-495: Generación de las diferentes gráficas.
I.5.1.3. Funciones
Además de las funciones utilizadas para el cálculo de la irradiación solar y la efi-
ciencia de las células fotovoltaicas, se requiere de las siguientes funciones:
Alejandro Domínguez Moreno 40
ANNEX
1 f u n c t i o n [ Cd0 , k1a , k2a ] = po lar_reg (CL,CD, rmin , rmax )2 % Esta func ion elabora una regres ion de segundo grado a p a r t i r de l CL y CD3 % del a n a l i s i s rea l i zado en XFLR5 . La regres ion se l l e v a a cabo ent re un4 % v a lo r maximo de CL y uno minimo . Los coe f i en tes de l resu l tado de l a5 % regres ion corresponen con los c o e f i c i e n t e de l a po la r aerodinamica (Cd0 , k1a , k2a
)6 % La func ion es func ion de :7 %CL: c o e f i c i e n t e s de sus ten tac ion obtenidos en e l a n a l i s i s en XFLR58 %CD: c o e f i c i e n t e s de r e s i s t e n c i a obtenidos en e l a n a l i s i s en XFLR59 % rmin : v a l o r minimo de CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion
10 % rmin : v a l o r maximo de CL de l a regres ion11 i =0;12 f o r j =1: leng th (CL)13 i f CL( j ) >=rmin && CL( j ) <=rmax14 i = i +1;15 CLp( i ) =CL( j ) ;16 CDp( i ) =CD( j ) ;17 end18 end19 p= p o l y f i t (CLp ,CDp, 2 ) ;20 Cd0=p ( 3 ) ;21 k1a=p ( 2 ) ;22 k2a=p ( 1 ) ;23 end
1 f u n c t i o n [ Cd0 , k1a , k2a , k3a , k4a ] = polar_reg_4 (CL,CD, rmin , rmax )2 % Esta func ion elabora una regres ion de cuar to grado a p a r t i r de l CL y CD3 % del a n a l i s i s rea l i zado en XFLR5 . La regres ion se l l e v a a cabo ent re un4 % v a lo r maximo de CL y uno minimo . Los coe f i en tes de l resu l tado de l a5 % regres ion corresponen con los c o e f i c i e n t e de l a po la r aerodinamica (Cd0 , k1a , k2a
, k3a , k4a )6 % La func ion es func ion de :7 %CL: c o e f i c i e n t e s de sus ten tac ion obtenidos en e l a n a l i s i s en XFLR58 %CD: c o e f i c i e n t e s de r e s i s t e n c i a obtenidos en e l a n a l i s i s en XFLR59 % rmin : v a l o r minimo de CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion
10 % rmin : v a l o r maximo de CL de l a regres ion11 i =0;12 f o r j =1: leng th (CL)13 i f CL( j ) >=rmin && CL( j ) <=rmax14 i = i +1;15 CLp( i ) =CL( j ) ;16 CDp( i ) =CD( j ) ;17 end18 end19 p= p o l y f i t (CLp ,CDp, 4 ) ;20 Cd0=p ( 5 ) ;21 k1a=p ( 4 ) ;22 k2a=p ( 3 ) ;23 k3a=p ( 2 ) ;24 k4a=p ( 1 ) ;25 end
1 f u n c t i o n [ Pto_mto ] = Pto_mto_cruise (mto_Sw , vcr , rendp , cd0 , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr )2 % Esta func ion ca l cu la e l va l o r de l a Potencia minima por unidad de masa durante
e l Takeof f en
Alejandro Domínguez Moreno 41
ANNEX
3 % func ión de :4 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r [m^2 ]5 %mto_Sw : carga a l a r [ kg /m^2 ]6 % vcr : ve loc idad de crucero [m/ s ]7 % rend : rend imiento de l a h e l i c e8 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a9 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r
10 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r11 % dens : densidad de l a i r e [ kg /m^3 ]12 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia durante e l despegue y e l crucero13
14 g=9.81; % ace le rac ión de l a gravedad [m/ s ^2 ]15 q =0 .5 . * dens . * vcr . ^ 2 ; % pres ion dinamica [ Pa ]16 Pto_mto=q . * vcr . * Pto_Pcr . / mto_Sw . / rendp . * ( cd0+k1a . * g . * mto_Sw . / q+k2a . * ( g . * mto_Sw . / q )
. ^ 2 ) ;17 end
1 f u n c t i o n [ Pto_mto ] = Pto_mto_cruise_4 (mto_Sw , vcr , rendp , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens ,Pto_Pcr )
2 % Esta func ion ca l cu la e l va l o r de l a Potencia minima por unidad de masa durantee l Takeof f en
3 % func ión de :4 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r [m^2 ]5 %mto_Sw : carga a l a r [ kg /m^2 ]6 % vcr : ve loc idad de crucero [m/ s ]7 % rend : rend imiento de l a aeronave8 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a9 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r
10 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r11 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r12 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r13 % dens : densidad de l a i r e [ kg /m^3 ]14 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia durante e l despegue y e l crucero15
16 g=9.81; % ace le rac ión de l a gravedad [m/ s ^2 ]17 q =0 .5 . * dens . * vcr . ^ 2 ; % pres ion dinamica [ Pa ]18 Pto_mto=q . * vcr . * Pto_Pcr . / mto_Sw . / rendp . * ( cd0+k1a . * g . * mto_Sw . / q+k2a . * ( g . * mto_Sw . / q )
Figura I.5.1: Balance energético horario a 100 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 43
ANNEX
Figura I.5.2: Balance energético horario a 1000 m de altura
I.5.2. Aplicación de las modificaciones
En este apartado se muestran los diferentes código de MATLAB utilizados para
realizar el estudio energético.
I.5.2.1. Cálculo de las modificaciones
Para poder dimensionar las diferentes evoluciones de la aeronave -como se explica
en el apartado I.5.1.2-, se elabora una función que calcula todas las dimensiones
del ala y la cola y el peso del UAV a partir de la superficie alar, fijando el alarga-
miento del ala, del estabilizador horizontal y la relación entre la envergadura y la
distancia entre la cola y el ala [Véase apartado II.2].
Este cálculo se encuentra implementado en el código de MATLAB [Véase las líneas
de código 314 hasta 350 del Script principal Estudio del UAV seleccionado].
I.5.2.2. Evolución 1
Alejandro Domínguez Moreno 44
ANNEX
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada
Alejandro Domínguez Moreno 45
ANNEX
51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )66 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r67 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT68 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a69 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a70 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o71 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o72 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e73 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave74 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero75 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)76 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema77 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )78 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )79 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )80 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )81 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )82 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )83 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )84 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)86 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)87 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)88 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la89 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l90 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)91 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca92 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)93 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)96 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
Alejandro Domínguez Moreno 46
ANNEX
a l a r (m^2)97 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)98 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)99 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)100 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )101 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )102 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)103 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )104 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)105 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )106 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)107 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )108 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)109 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)111 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)112 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)113 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)115 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)117 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)118 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )119 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )120 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)121 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)122 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)123 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)124 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)125 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)126 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)127 % E_t : contador de energia (Wh)128 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)129 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o130 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)131 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero132 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero133 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)134 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)135 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)136 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)137 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)138 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)139 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a140 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
Alejandro Domínguez Moreno 47
ANNEX
obtener l a autonomia i n f i n i t a141 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a142 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion143 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion144
145 c l ea r146 c lose a l l147 t i c148 UAV= ’PHOENIX−evo1 ’ ;149 mes = ’ d i c ’ ;150 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;151 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;152 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;153 dat1= f i l e I D 1 ;154 dat2= f i l e I D 2 ;155 aeropar= f i l e I D 3 ;156 dat4= f i l e I D 4 ;157 mto_or ig=aeropar ( 1 ) ;158 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;159 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;160 hdis=aeropar ( 4 ) ;161 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;162 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;163 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;164 CLmax=aeropar ( 8 ) ;165 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;166 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;167 cdbody=aeropar (10) * 0 . 4 ;168 Sv_or ig=aeropar (11) ;169 l t _ o r i g =aeropar (12) ;170 Sh_orig=aeropar (13) ;171 mbase=aeropar (14) ;172 wskindens=aeropar (15) ;173 tdens=aeropar (16) ;174 d in_o r i g =aeropar (17) ;175 dout_or ig=aeropar (18) ;176 espar_or ig=aeropar (19) ;177 gros_or ig=aeropar (20) ;178 ch_or ig = aeropar (21) ;179 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;180 cv_or ig = aeropar (22) ;181 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;182 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;183 f c l o s e ( f i l e ) ;184
185 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola186 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;187 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;188
189 % A l t i t u d190 h=100;191 h_s t r=num2str ( h ) ;192 Ts l =288.15;
Alejandro Domínguez Moreno 48
ANNEX
193 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;194 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;195 Ta= a l f a i s a * Ts l ;196 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land197 nu=mu/ dens ;198 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;199 ngrad =2;200 rmin =0 .1 ;201 rmax =1.4 ;202 nv =4;203 Re=zeros (1 , nv ) ;204 k4a=zeros (1 , nv ) ;205 k3a=zeros (1 , nv ) ;206 k2a=zeros (1 , nv ) ;207 k1a=zeros (1 , nv ) ;208 cd0=zeros (1 , nv ) ;209
210 vcrv =[8 9 7 1 6 ] ;211
212 f o r i =1: nv ;213 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;214 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;215 f i lename =[ ’ evo1− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;216 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;217 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;218 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;219 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;220 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;221 f c l o s e ( f i l e ) ;222 i f ngrad==2223 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;224 k4a ( i ) =0;225 k3a ( i ) =0;226 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;227 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;228 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;229 e l s e i f ngrad==4230 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;231 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;232 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;233 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;234 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;235 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;236 end237 end238
239 n=1000; % numero de puntos240
241 % Parametros energét icos242
243 nh=24;244
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ANNEX
245 i f mes== ’ d i c ’246 T= a l f a i s a *(273+11.1)−273;247 e l s e i f mes== ’ jun ’248 T= a l f a i s a *(273+25.2)−273;249 end250
302 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s303 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;304 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;305 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;306 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;307 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;308 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;309
310 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia311 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;312 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;313
314 % Calculo de las modi f i cac iones315 AR=12.8;316 ARh=6;317 cdens=1580;318 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;319 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;320 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;321 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;322 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;323 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;324 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;325 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;326 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;327 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;328 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;329 fSso la r =@(S) ocup . * S ;330 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;331 f carga=@(S) m(S) . / S ;332 fm=@(S) 15−m(S) ;333 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances334
335 % Nuevos parametros336 Sw= f s o l v e ( fm , Sw_orig , op t ions ) ;337 mto=m(Sw) ;338 b= fb (Sw) ;339 c= f c (Sw) ;340 Sv=fSv (Sw) ;341 Sh=fSh (Sw) ;342 bh=fbh (Sw) ;343 ch=fch (Sw) ;344 cv=ch ;345 bv=Sv / cv ;346 l t = f l t (Sw) ;347 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;348 Ssolar= fSso la r (Sw) ;
Alejandro Domínguez Moreno 51
ANNEX
349 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;350 bat=batmas_S * Ssolar ;351
352 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia353 ve l =1;354 renddia=rend . / rendb ;355 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;356 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;357 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;358 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;359 E i n i =0;360 Enoche=0;361 E_t= E i n i ;362 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;363 Pa=Eabs / nh ;364 dias =2;365 f o r d ia =1: d ias366 f o r i =1:24367 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;368 i f Pcdia >Pin369 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche ;370 E_t=E_t+Pin−Pcnoche ;371 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;372 else373 E_t=E_t+Pin−Pcdia ;374 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;375 end376 end377 end378 Enoche=Enoche / d ias ;379 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;380 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;381
382 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;383 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;384 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;385 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;386 Drag=Pdrag . / vcrv ;387 Pprop=Pdrag ;388 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;389 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;390 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;391 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) . / 1 . 2 ;392 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;393
394 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−evo2−t10 . t x t ’ ;395 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;396 f i l e I D 1 =dat1 ;397 f i l e I D 2 =dat2 ;398 f i l e I D 4 =dat4 ;399 aeropar ( 1 ) =mto ;400 aeropar ( 2 ) =Sw;401 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 52
ANNEX
402 aeropar ( 4 ) =h ;403 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;404 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;405 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;406 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;407 aeropar ( 9 ) =c ;408 aeropar (11)=Sv ;409 aeropar (12)= l t ;410 aeropar (13)=Sh ;411 aeropar (20)=gros_or ig ;412 aeropar (21)=ch ;413 aeropar (22)=cv ;414 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;415 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;416
417 f o r i =1: leng th ( aeropar )418 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;419 end420 f c l o s e ( f i l e ) ;421
422 f i g u r e ( 1 )423 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;424 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;425 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;426 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;427 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )428 ax is ( [ 0 7 0 500] )429 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;430 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;431
432 f i g u r e ( 2 )433 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;434 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;435 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;436 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;437 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )438 ax is ( [ 0 7 0 500] )439 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;440 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;441
442 f i g u r e ( 3 )443 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )444 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;445 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;446 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;447 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;448 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;
Alejandro Domínguez Moreno 53
ANNEX
449 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;450
451 f i g u r e ( 4 )452 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;453 f o r i =1:n454 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;455 end456 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )457 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;458 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;459 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;460 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’
Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )461 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )462 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;463 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;464
465 f i g u r e ( 5 )466 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;467 Pc_v=fPc_v ( v ) ;468 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;469 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;470 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;471 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;472 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )473 ax is ( [ 7 16 0 300] )474 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;475 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;476
477 % Comprobacion de l a po la r478 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;479 Cdreg=cd0 ( 1 ) +k1a ( 1 ) . * Clreg+k2a ( 1 ) . * Clreg .^2+ k3a ( 1 ) . * Clreg .^3+ k4a ( 1 ) . * Clreg . ^ 4 ;480 f i g u r e ( 6 )481 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , 1 ) ,CD( : , 1 ) . *1 .2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) ;482 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;483 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;484 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;485 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )486 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )487 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;488 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;489
490 f i g u r e ( 7 )491 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) ) / mto , 1 : nh* dias , ( E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) ) / mto )492 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;493 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;494 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;495 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;496 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;497 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;498 toc
Alejandro Domínguez Moreno 54
ANNEX
499
500 toc
Figura I.5.3: Balance energético horario de la Evolución 1 a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 55
ANNEX
Figura I.5.4: Balance energético horario de la Evolución 1 a 100 m de altura
I.5.2.3. Evolución 2
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)
Alejandro Domínguez Moreno 56
ANNEX
22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )66 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r67 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT68 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a69 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a70 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o71 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o72 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e
Alejandro Domínguez Moreno 57
ANNEX
73 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave74 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero75 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)76 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema77 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )78 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )79 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )80 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )81 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )82 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )83 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )84 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)86 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)87 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)88 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la89 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l90 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)91 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca92 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)93 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)96 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)97 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)98 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)99 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)100 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )101 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )102 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)103 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )104 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)105 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )106 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)107 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )108 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)109 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)111 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)112 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)
Alejandro Domínguez Moreno 58
ANNEX
113 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)115 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)117 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)118 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )119 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )120 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)121 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)122 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)123 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)124 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)125 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)126 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)127 % E_t : contador de energia (Wh)128 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)129 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o130 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)131 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero132 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero133 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)134 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)135 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)136 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)137 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)138 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)139 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a140 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a141 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a142 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion143 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion144
145 c l ea r146 c lose a l l147 t i c148 UAV= ’PHOENIX−evo2−t10 ’ ;149 mes = ’ d i c ’ ;150 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;151 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;152 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;153 dat1= f i l e I D 1 ;154 dat2= f i l e I D 2 ;155 aeropar= f i l e I D 3 ;156 dat4= f i l e I D 4 ;157 mto_or ig=aeropar ( 1 ) ;158 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;159 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;160 hdis=aeropar ( 4 ) ;161 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;162 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 59
ANNEX
163 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;164 CLmax=aeropar ( 8 ) ;165 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;166 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;167 cdbody=aeropar (10) * 0 . 4 ;168 Sv_or ig=aeropar (11) ;169 l t _ o r i g =aeropar (12) ;170 Sh_orig=aeropar (13) ;171 mbase=aeropar (14) ;172 wskindens=aeropar (15) ;173 tdens=aeropar (16) ;174 d in_o r i g =aeropar (17) ;175 dout_or ig=aeropar (18) ;176 espar_or ig=aeropar (19) ;177 gros_or ig=aeropar (20) ;178 ch_or ig = aeropar (21) ;179 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;180 cv_or ig = aeropar (22) ;181 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;182 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;183 f c l o s e ( f i l e ) ;184
185 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola186 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;187 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;188
189 % A l t i t u d190 h=100;191 h_s t r=num2str ( h ) ;192 Ts l =288.15;193 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;194 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;195 Ta= a l f a i s a * Ts l ;196 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land197 nu=mu/ dens ;198 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;199 ngrad =2;200 rmin =0 .6 ;201 rmax =1.4 ;202 nv =4;203 Re=zeros (1 , nv ) ;204 k4a=zeros (1 , nv ) ;205 k3a=zeros (1 , nv ) ;206 k2a=zeros (1 , nv ) ;207 k1a=zeros (1 , nv ) ;208 cd0=zeros (1 , nv ) ;209
210 vcrv =[8 9 7 1 6 ] ;211
212 f o r i =1: nv ;213 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;214 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;215 f i lename =[ ’ evo2− ’ , v_s t r , ’ .0− t10− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;216 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 60
ANNEX
217 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f’ ) ;
218 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;219 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;220 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;221 f c l o s e ( f i l e ) ;222 i f ngrad==2223 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;224 k4a ( i ) =0;225 k3a ( i ) =0;226 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;227 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;228 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;229 e l s e i f ngrad==4230 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;231 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;232 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;233 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;234 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;235 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;236 end237 end238
239 n=1000; % numero de puntos240
241 % Parametros energét icos242
243 nh=24;244
245 i f mes== ’ d i c ’246 T= a l f a i s a *(273+11.1)−273;247 e l s e i f mes== ’ jun ’248 T= a l f a i s a *(273+25.2)−273;249 end250
303 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s304 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;305 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;306 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;307 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;308 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;309 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;310
311 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia312 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;313 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;314
315 % Calculo de las modi f i cac iones316 AR=12.8*2;317 ARh=6;318 cdens=1580;319 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;320 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;
Alejandro Domínguez Moreno 62
ANNEX
321 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;322 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;323 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;324 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;325 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;326 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;327 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;328 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;329 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;330 fSso la r =@(S) ocup . * S ;331 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;332 f carga=@(S) m(S) . / S ;333 fm=@(S) 15−m(S) ;334 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances335
336 % Nuevos parametros337 Sw= f s o l v e ( fm , Sw_orig , op t ions ) ;338 mto=m(Sw) ;339 b= fb (Sw) ;340 c= f c (Sw) ;341 Sv=fSv (Sw) ;342 Sh=fSh (Sw) ;343 bh=fbh (Sw) ;344 ch=fch (Sw) ;345 cv=ch ;346 bv=Sv / cv ;347 l t = f l t (Sw) ;348 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;349 Ssolar= fSso la r (Sw) ;350 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;351 bat=batmas_S * Ssolar ;352
353 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia354 ve l =1;355 renddia=rend . / rendb ;356 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;357 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;358 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;359 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;360 E i n i =0;361 Enoche=0;362 E_t= E i n i ;363 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;364 Pa=Eabs / nh ;365 dias =2;366 f o r d ia =1: d ias367 f o r i =1:24368 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;369 i f Pcdia >Pin370 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche ;371 E_t=E_t+Pin−Pcnoche ;
Alejandro Domínguez Moreno 63
ANNEX
372 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;373 else374 E_t=E_t+Pin−Pcdia ;375 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;376 end377 end378 end379 Enoche=Enoche / d ias ;380 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;381 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;382
383 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;384 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;385 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;386 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;387 Drag=Pdrag . / vcrv ;388 Pprop=Pdrag ;389 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;390 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;391 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;392 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) . / 1 . 2 ;393 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;394
395 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−evo3 . t x t ’ ;396 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;397 f i l e I D 1 =dat1 ;398 f i l e I D 2 =dat2 ;399 f i l e I D 4 =dat4 ;400 aeropar ( 1 ) =mto ;401 aeropar ( 2 ) =Sw;402 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;403 aeropar ( 4 ) =h ;404 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;405 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;406 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;407 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;408 aeropar ( 9 ) =c ;409 aeropar (11)=Sv ;410 aeropar (12)= l t ;411 aeropar (13)=Sh ;412 aeropar (20)=gros_or ig ;413 aeropar (21)=ch ;414 aeropar (22)=cv ;415 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;416 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;417
418 f o r i =1: leng th ( aeropar )419 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;420 end421 f c l o s e ( f i l e ) ;422
423 f i g u r e ( 1 )424 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;
Alejandro Domínguez Moreno 64
ANNEX
425 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades decrucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;
426 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;427 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;428 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )429 ax is ( [ 0 7 0 500] )430 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;431 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;432
433 f i g u r e ( 2 )434 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;435 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;436 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;437 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;438 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )439 ax is ( [ 0 7 0 500] )440 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;441 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;442
443 f i g u r e ( 3 )444 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )445 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;446 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;447 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;448 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;449 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;450 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;451
452 f i g u r e ( 4 )453 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;454 f o r i =1:n455 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;456 end457 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )458 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;459 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;460 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;461 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’
Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )462 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )463 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;464 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;465
466 f i g u r e ( 5 )467 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;468 Pc_v=fPc_v ( v ) ;469 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;470 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;471 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 65
ANNEX
472 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;473 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )474 ax is ( [ 7 16 0 300] )475 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;476 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;477
478 % Comprobacion de l a po la r479 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;480 ve l =1;481 Cdreg=cd0 ( ve l ) +k1a ( ve l ) . * Clreg+k2a ( ve l ) . * Clreg .^2+ k3a ( ve l ) . * Clreg .^3+ k4a ( ve l ) . *
Clreg . ^ 4 ;482 f i g u r e ( 6 )483 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , ve l ) ,CD( : , ve l ) . * 1 .2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) ;484 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;485 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;486 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;487 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )488 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )489 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;490 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;491
492 toc
Figura I.5.5: Balance energético horario de la Evolución 2 a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 66
ANNEX
Figura I.5.6: Balance energético horario de la Evolución 2 a 100 m de altura
I.5.2.4. Evolución 3
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)
Alejandro Domínguez Moreno 67
ANNEX
24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )66 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r67 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT68 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a69 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a70 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o71 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o72 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e73 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave74 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero
Alejandro Domínguez Moreno 68
ANNEX
75 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)76 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema77 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )78 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )79 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )80 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )81 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )82 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )83 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )84 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)86 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)87 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)88 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la89 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l90 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)91 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca92 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)93 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)96 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)97 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)98 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)99 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)100 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )101 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )102 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)103 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )104 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)105 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )106 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)107 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )108 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)109 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)111 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)112 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)113 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)
Alejandro Domínguez Moreno 69
ANNEX
115 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)117 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)118 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )119 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )120 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)121 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)122 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)123 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)124 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)125 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)126 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)127 % E_t : contador de energia (Wh)128 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)129 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o130 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)131 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero132 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero133 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)134 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)135 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)136 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)137 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)138 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)139 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a140 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a141 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a142 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion143 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion144
145 c l ea r146 c lose a l l147 t i c148 UAV= ’PHOENIX−evo3−ARH2 ’ ;149 mes = ’ d i c ’ ;150 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;151 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;152 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;153 dat1= f i l e I D 1 ;154 dat2= f i l e I D 2 ;155 aeropar= f i l e I D 3 ;156 dat4= f i l e I D 4 ;157 mto_or ig=aeropar ( 1 ) ;158 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;159 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;160 hdis=aeropar ( 4 ) ;161 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;162 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;163 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;164 CLmax=aeropar ( 8 ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 70
ANNEX
165 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;166 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;167 cdbody=aeropar (10) * 0 . 4 ;168 Sv_or ig=aeropar (11) ;169 l t _ o r i g =aeropar (12) ;170 Sh_orig=aeropar (13) ;171 mbase=aeropar (14) ;172 wskindens=aeropar (15) ;173 tdens=aeropar (16) ;174 d in_o r i g =aeropar (17) ;175 dout_or ig=aeropar (18) ;176 espar_or ig=aeropar (19) ;177 gros_or ig =0.104;178 ch_or ig = aeropar (21) ;179 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;180 cv_or ig = aeropar (22) ;181 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;182 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;183 f c l o s e ( f i l e ) ;184
185 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola186 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;187 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;188
189 % A l t i t u d190 h=1000;191 h_s t r=num2str ( h ) ;192 Ts l =288.15;193 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;194 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;195 Ta= a l f a i s a * Ts l ;196 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land197 nu=mu/ dens ;198 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;199 ngrad =4;200 rmin =0;201 rmax =1.4 ;202 nv =4;203 Re=zeros (1 , nv ) ;204 k4a=zeros (1 , nv ) ;205 k3a=zeros (1 , nv ) ;206 k2a=zeros (1 , nv ) ;207 k1a=zeros (1 , nv ) ;208 cd0=zeros (1 , nv ) ;209
210 vcrv =[8 9 7 1 6 ] ;211
212 f o r i =1: nv ;213 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;214 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;215 f i lename =[ ’ evo3− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;216 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;217 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 71
ANNEX
218 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;219 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;220 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;221 f c l o s e ( f i l e ) ;222 i f ngrad==2223 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;224 k4a ( i ) =0;225 k3a ( i ) =0;226 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;227 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;228 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;229 e l s e i f ngrad==4230 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;231 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;232 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;233 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;234 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;235 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;236 end237 end238
239 n=1000; % numero de puntos240
241 % Parametros energét icos242
243 nh=24;244
245 i f mes== ’ d i c ’246 T= a l f a i s a *(273+11.1)−273;247 e l s e i f mes== ’ jun ’248 T= a l f a i s a *(273+25.2)−273;249 end250
303 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s304 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;305 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;306 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;307 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;308 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;309 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;310
311 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia312 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;313 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;314
315 % Calculo de las modi f i cac iones316 AR=12.8*2;317 ARh=2;318 cdens=1580;319 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;320 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;321 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;322 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;
Alejandro Domínguez Moreno 73
ANNEX
323 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;324 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;325 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;326 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;327 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;328 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;329 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;330 fSso la r =@(S) ocup . * S ;331 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;332 f carga=@(S) m(S) . / S ;333 fm=@(S) 20−m(S) ;334 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances335
336 % Nuevos parametros337 Sw= f s o l v e ( fm , Sw_orig , op t ions ) ;338 mto=m(Sw) ;339 b= fb (Sw) ;340 c= f c (Sw) ;341 Sv=fSv (Sw) ;342 Sh=fSh (Sw) ;343 bh=fbh (Sw) ;344 ch=fch (Sw) ;345 cv=ch ;346 bv=Sv / cv ;347 l t = f l t (Sw) ;348 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;349 Ssolar= fSso la r (Sw) ;350 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;351 bat=batmas_S * Ssolar ;352
353 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia354 ve l =1;355 renddia=rend . / rendb ;356 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;357 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;358 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;359 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;360 E i n i =0;361 Enoche=0;362 E_t= E i n i ;363 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;364 Pa=Eabs / nh ;365 dias =2;366 f o r d ia =1: d ias367 f o r i =1:24368 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;369 i f Pcdia >Pin370 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche ;371 E_t=E_t+Pin−Pcnoche ;372 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;373 else
Alejandro Domínguez Moreno 74
ANNEX
374 E_t=E_t+Pin−Pcdia ;375 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;376 end377 end378 end379 Enoche=Enoche / d ias ;380 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;381 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;382
383 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;384 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;385 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;386 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;387 Drag=Pdrag . / vcrv ;388 Pprop=Pdrag ;389 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;390 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;391 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;392 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) . / 1 . 2 ;393 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;394
395 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−evo4 . t x t ’ ;396 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;397 f i l e I D 1 =dat1 ;398 f i l e I D 2 =dat2 ;399 f i l e I D 4 =dat4 ;400 aeropar ( 1 ) =mto ;401 aeropar ( 2 ) =Sw;402 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;403 aeropar ( 4 ) =h ;404 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;405 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;406 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;407 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;408 aeropar ( 9 ) =c ;409 aeropar (11)=Sv ;410 aeropar (12)= l t ;411 aeropar (13)=Sh ;412 aeropar (20)=gros_or ig ;413 aeropar (21)=ch ;414 aeropar (22)=cv ;415 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;416 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;417
418 f o r i =1: leng th ( aeropar )419 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;420 end421 f c l o s e ( f i l e ) ;422
423 f i g u r e ( 1 )424 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;425 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 75
ANNEX
426 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;427 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;428 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )429 ax is ( [ 0 7 0 500] )430 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;431 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;432
433 f i g u r e ( 2 )434 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;435 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;436 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;437 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;438 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )439 ax is ( [ 0 7 0 500] )440 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;441 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;442
443 f i g u r e ( 3 )444 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )445 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;446 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;447 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;448 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;449 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;450 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;451
452 f i g u r e ( 4 )453 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;454 f o r i =1:n455 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;456 end457 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )458 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;459 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;460 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;461 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’
Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )462 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )463 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;464 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;465
466 f i g u r e ( 5 )467 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;468 Pc_v=fPc_v ( v ) ;469 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;470 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;471 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;472 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;473 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
Alejandro Domínguez Moreno 76
ANNEX
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )474 ax is ( [ 7 16 0 300] )475 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;476 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;477
478 % Comprobacion de l a po la r479 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;480 ve l =1;481 Cdreg=cd0 ( ve l ) +k1a ( ve l ) . * Clreg+k2a ( ve l ) . * Clreg .^2+ k3a ( ve l ) . * Clreg .^3+ k4a ( ve l ) . *
Clreg . ^ 4 ;482 f i g u r e ( 6 )483 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , ve l ) ,CD( : , ve l ) . * 1 .2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) ;484 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;485 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;486 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;487 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )488 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )489 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;490 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;491
492 f i g u r e ( 7 )493 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) ) / mto , 1 : nh* dias , ( E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) ) / mto )494 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;495 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;496 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;497 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;498 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;499 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;500 toc
Alejandro Domínguez Moreno 77
ANNEX
Figura I.5.7: Balance energético horario de la Evolución 3 a 1000 m de altura
Figura I.5.8: Balance energético horario de la Evolución 3 a 100 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 78
ANNEX
I.5.2.5. Evolución 4
Debido a que en esta evolución se instalan células fotovoltaicas de mayor eficien-
cia, se realiza un cambio en las función que calculan la eficiencia de las células,
tal y como se explica en el apartado I.2.1. De la misma manera, el script principal
presenta la introducción de las modificaciones del sistema propulsivo.
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion
Alejandro Domínguez Moreno 79
ANNEX
43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )66 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r67 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT68 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a69 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a70 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o71 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o72 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e73 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave74 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero75 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)76 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema77 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )78 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )79 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )80 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )81 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )82 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )83 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )84 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)86 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)87 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)88 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la89 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l90 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)
Alejandro Domínguez Moreno 80
ANNEX
91 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca92 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)93 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)96 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)97 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)98 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)99 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)100 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )101 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )102 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)103 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )104 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)105 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )106 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)107 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )108 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)109 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)111 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)112 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)113 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)115 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)117 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)118 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )119 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )120 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)121 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)122 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)123 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)124 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)125 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)126 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)127 % E_t : contador de energia (Wh)128 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)129 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o130 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)131 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero132 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero
Alejandro Domínguez Moreno 81
ANNEX
133 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)134 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)135 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)136 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)137 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)138 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)139 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a140 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a141 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a142 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion143 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion144
145 c l ea r146 c lose a l l147 t i c148 UAV= ’PHOENIX−evo4 ’ ;149 mes = ’ d i c ’ ;150 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;151 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;152 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;153 dat1= f i l e I D 1 ;154 dat2= f i l e I D 2 ;155 aeropar= f i l e I D 3 ;156 dat4= f i l e I D 4 ;157 mto_or ig=aeropar ( 1 ) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;158 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;159 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;160 hdis=aeropar ( 4 ) ;161 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;162 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;163 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;164 CLmax=aeropar ( 8 ) ;165 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;166 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;167 cdbody=aeropar (10) * 0 . 4 ;168 Sv_or ig=aeropar (11) ;169 l t _ o r i g =aeropar (12) ;170 Sh_orig=aeropar (13) ;171 mbase=aeropar (14) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;172 wskindens=aeropar (15) ;173 tdens=aeropar (16) ;174 d in_o r i g =aeropar (17) ;175 dout_or ig=aeropar (18) ;176 espar_or ig=aeropar (19) ;177 gros_or ig =0.104;178 ch_or ig = aeropar (21) ;179 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;180 cv_or ig = aeropar (22) ;181 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;182 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;183 f c l o s e ( f i l e ) ;184
Alejandro Domínguez Moreno 82
ANNEX
185 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola186 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;187 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;188
189 % A l t i t u d190 h=100;191 h_s t r=num2str ( h ) ;192 Ts l =288.15;193 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;194 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;195 Ta= a l f a i s a * Ts l ;196 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land197 nu=mu/ dens ;198 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;199 ngrad =4;200 rmin =0;201 rmax =1.4 ;202 nv =4;203 Re=zeros (1 , nv ) ;204 k4a=zeros (1 , nv ) ;205 k3a=zeros (1 , nv ) ;206 k2a=zeros (1 , nv ) ;207 k1a=zeros (1 , nv ) ;208 cd0=zeros (1 , nv ) ;209
210 vcrv =[8 9 7 1 6 ] ;211
212 f o r i =1: nv ;213 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;214 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;215 f i lename =[ ’ evo4− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;216 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;217 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;218 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;219 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;220 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;221 f c l o s e ( f i l e ) ;222 i f ngrad==2223 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;224 k4a ( i ) =0;225 k3a ( i ) =0;226 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;227 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;228 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;229 e l s e i f ngrad==4230 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;231 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;232 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;233 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;234 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;235 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;236 end
Alejandro Domínguez Moreno 83
ANNEX
237 end238
239 n=1000; % numero de puntos240
241 % Parametros energét icos242
243 nh=24;244
245 i f mes== ’ d i c ’246 T= a l f a i s a *(273+11.1)−273;247 e l s e i f mes== ’ jun ’248 T= a l f a i s a *(273+25.2)−273;249 end250
308 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s309 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;310 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;311 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;312 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;313 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;314 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;315
316 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia317 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;318 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;319
320 % Calculo de las modi f i cac iones321 AR=12.8*2;322 ARh=2;323 cdens=1580;324 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;325 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;326 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;327 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;328 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;329 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;330 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;331 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;332 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;333 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;334 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;335 fSso la r =@(S) ocup . * S ;336 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;337 f carga=@(S) m(S) . / S ;338 fm=@(S) 20−m(S) ;339 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances340
Alejandro Domínguez Moreno 85
ANNEX
341 % Nuevos parametros342 Sw=Sw_orig ;343 mto=m(Sw) ;344 b= fb (Sw) ;345 c= f c (Sw) ;346 Sv=fSv (Sw) ;347 Sh=fSh (Sw) ;348 bh=fbh (Sw) ;349 ch=fch (Sw) ;350 cv=ch ;351 bv=Sv / cv ;352 l t = f l t (Sw) ;353 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;354 Ssolar= fSso la r (Sw) ;355 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;356 bat=batmas_S * Ssolar ;357
358 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia359 ve l =1;360 renddia=rend . / rendb ;361 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;362 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;363 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;364 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;365 E i n i =0;366 Enoche=0;367 E_t= E i n i ;368 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;369 Pa=Eabs / nh ;370 dias =2;371 f o r d ia =1: d ias372 f o r i =1:24373 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;374 i f Pcdia >Pin375 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche ;376 E_t=E_t+Pin−Pcnoche ;377 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;378 else379 E_t=E_t+Pin−Pcdia ;380 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;381 end382 end383 end384 Enoche=Enoche / d ias ;385 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;386 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;387
388 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;389 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;390 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;391 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;392 Drag=Pdrag . / vcrv ;393 Pprop=Pdrag ;
Alejandro Domínguez Moreno 86
ANNEX
394 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;395 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;396 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;397 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) . / 1 . 2 ;398 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;399
400 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−evo5 . t x t ’ ;401 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;402 f i l e I D 1 =dat1 ;403 f i l e I D 2 =dat2 ;404 f i l e I D 4 =dat4 ;405 aeropar ( 1 ) =mto ;406 aeropar ( 2 ) =Sw;407 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;408 aeropar ( 4 ) =h ;409 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;410 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;411 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;412 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;413 aeropar ( 9 ) =c ;414 aeropar (11)=Sv ;415 aeropar (12)= l t ;416 aeropar (13)=Sh ;417 aeropar (20)=gros_or ig ;418 aeropar (21)=ch ;419 aeropar (22)=cv ;420 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;421 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;422
423 f o r i =1: leng th ( aeropar )424 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;425 end426 f c l o s e ( f i l e ) ;427
428 f i g u r e ( 1 )429 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;430 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;431 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;432 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;433 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )434 ax is ( [ 0 7 0 500] )435 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;436 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;437
438 f i g u r e ( 2 )439 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;440 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;441 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;442 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 87
ANNEX
443 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’Carga a l a r ac tua l ’ )
444 ax is ( [ 0 7 0 500] )445 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;446 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;447
448 f i g u r e ( 3 )449 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )450 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;451 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;452 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;453 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;454 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;455 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;456
457 f i g u r e ( 4 )458 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;459 f o r i =1:n460 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;461 end462 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )463 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;464 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;465 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;466 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’
Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )467 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )468 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;469 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;470
471 f i g u r e ( 5 )472 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;473 Pc_v=fPc_v ( v ) ;474 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;475 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;476 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;477 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;478 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )479 ax is ( [ 7 16 0 300] )480 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;481 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;482
483 % Comprobacion de l a po la r484 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;485 ve l =1;486 Cdreg=cd0 ( ve l ) +k1a ( ve l ) . * Clreg+k2a ( ve l ) . * Clreg .^2+ k3a ( ve l ) . * Clreg .^3+ k4a ( ve l ) . *
Clreg . ^ 4 ;487 f i g u r e ( 6 )488 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , ve l ) ,CD( : , ve l ) . * 1 .2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) ;489 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;490 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;491 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 88
ANNEX
492 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )493 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )494 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;495 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;496
497 f i g u r e ( 7 )498 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) ) / mto , 1 : nh* dias , ( E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) ) / mto )499 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;500 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;501 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;502 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;503 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;504 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;505 toc
En este apartado se realizan dos estudios. El primero se lleva a cabo con la efi-
ciencia de la Evolución 3, y el segundo con la de la propia Evolución 4.
Figura I.5.9: Balance energético horario de la Evolución 4 con la eficiencia aerodi-námica de la Evolución 3 a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 89
ANNEX
Figura I.5.10: Balance energético horario de la Evolución 4 con la eficiencia aero-dinámica de la Evolución 3 a 100 m de altura
Figura I.5.11: Balance energético horario de la Evolución 4 a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 90
ANNEX
Figura I.5.12: Balance energético horario de la Evolución 4 a 100 m de altura
I.5.2.6. Evolución 5
Además de las modificaciones introducidas, durante este estudio se tiene en cuen-
ta el equilibrio térmico de los paneles solares [Véase apartado I.7].
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )
Alejandro Domínguez Moreno 91
ANNEX
20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % Spanel : s u p e r f i c i e de un panel so l a r (m^2)66 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )67 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r68 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT69 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a70 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a
Alejandro Domínguez Moreno 92
ANNEX
71 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o72 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o73 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e74 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave75 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero76 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)77 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema78 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )79 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )80 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )81 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )82 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )83 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )84 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )86 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)87 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)88 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)89 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la90 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l91 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)92 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca93 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)96 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)97 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)98 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)99 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)100 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)101 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )102 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )103 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)104 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )105 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)106 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )107 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)108 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )109 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)
Alejandro Domínguez Moreno 93
ANNEX
111 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)112 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)113 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)115 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)117 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)118 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)119 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )120 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )121 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)122 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)123 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)124 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)125 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)126 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)127 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)128 % E_t : contador de energia (Wh)129 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)130 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o131 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)132 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero133 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero134 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)135 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)136 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)137 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)138 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)139 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)140 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a141 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a142 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a143 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion144 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion145
146 c l ea r147 c lose a l l148 t i c149 UAV= ’PHOENIX−evo5 ’ ;150 mes = ’ d i c ’ ;151 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;152 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;153 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;154 dat1= f i l e I D 1 ;155 dat2= f i l e I D 2 ;156 aeropar= f i l e I D 3 ;157 dat4= f i l e I D 4 ;158 mto_or ig=aeropar ( 1 ) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;159 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;160 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;
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ANNEX
161 hdis=aeropar ( 4 ) ;162 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;163 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;164 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;165 CLmax=aeropar ( 8 ) ;166 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;167 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;168 cdbody=aeropar (10) * 0 . 4 ;169 Sv_or ig=aeropar (11) ;170 l t _ o r i g =aeropar (12) ;171 Sh_orig=aeropar (13) ;172 mbase=aeropar (14) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;173 wskindens=aeropar (15) ;174 tdens=aeropar (16) ;175 d in_o r i g =aeropar (17) ;176 dout_or ig=aeropar (18) ;177 espar_or ig=aeropar (19) ;178 gros_or ig =0.104;179 ch_or ig = aeropar (21) ;180 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;181 cv_or ig = aeropar (22) ;182 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;183 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;184 f c l o s e ( f i l e ) ;185
186 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola187 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;188 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;189
190 % A l t i t u d191 h=1000;192 h_s t r=num2str ( h ) ;193 Ts l =288.15;194 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;195 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;196 Pres=101325* a l f a i s a ^5.256;197 Ta= a l f a i s a * Ts l ;198 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land199 nu=mu/ dens ;200 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;201 ngrad =4;202 rmin =0;203 rmax =1.4 ;204 nv =4;205 Re=zeros (1 , nv ) ;206 k4a=zeros (1 , nv ) ;207 k3a=zeros (1 , nv ) ;208 k2a=zeros (1 , nv ) ;209 k1a=zeros (1 , nv ) ;210 cd0=zeros (1 , nv ) ;211
212 vcrv =[8 9 7 1 6 ] ;213
214 f o r i =1: nv ;
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ANNEX
215 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;216 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;217 f i lename =[ ’ evo4− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;218 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;219 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;220 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;221 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;222 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;223 f c l o s e ( f i l e ) ;224 i f ngrad==2225 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;226 k4a ( i ) =0;227 k3a ( i ) =0;228 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;229 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;230 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;231 e l s e i f ngrad==4232 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;233 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;234 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;235 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;236 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;237 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;238 end239 end240
241 n=1000; % numero de puntos242
243 % Rendimientos244 rendmppt =0.97;245 rendbm=0.995;246 rendb =0.972;247 rendesc =0.99;248 rendm =0.93;249 i f h==100250 rendp = [ 0 . 8 1 , 0 . 8 4 ,0 . 7 2 , 0 . 8 5 ] ;251 e l s e i f h==1000252 rendp = [ 0 . 8 , 0 . 8 4 , 0 . 6 9 , 0 . 8 6 ] ;253 end254
276 sigma=5.67e−8;277 a l f a =0.88;278 e p s i l =0 .8 ;279 a l f a _ p i n t =0.14;280 e p s i l _ p i n t =0.93;281
282
283 f o r i =1:nh284 t ( i ) = i −1;285 J ( i ) =J_h ( t ( i ) ,mes) ;286 Tsup= Tc ie lo ;287 Tbool =0;288 nconv =10;289 whi le Tbool==0290 P_S( i ) =eta_JT ( J ( i ) , Tsup−273) * J ( i ) ;291 al fa_conv =0;292 Tm=( Tc ie lo +Tsup ) / 2 ;293 mu_conv=(1.458e−6*Tm^0 .5 ) / (1+110 .4 /Tm) ;294 cp=1031.5−0.210*Tm+4.143e−4*Tm^2;295 lambda=2.728e−3+7.776e−5*Tm;296 dens_conv=Pres / (287*Tm) ;297 Pr=mu_conv* cp / lambda ;298 f o r j =1: nconv ;299 Re_conv= j * c_or ig / nconv * vcrv ( 1 ) * dens_conv / mu_conv ;300 Nussel t =0.664*Re_conv ^0 .5* Pr ^ ( 1 / 3 ) ;301 a_conv=Nussel t * lambda / ( j * c_or ig ) / nconv ;302 al fa_conv=al fa_conv+a_conv ;303 end304 conv1=P_S( i ) *(1− rendelec ( 1 ) ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;305 conv2 = ( ( J ( i ) * a l f a−P_S( i ) ) +0.33* J ( i ) * a l f a _ p i n t ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;306 conv3=−(a l fa_conv * ( Tsup−Tc ie lo ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ) ;307 T( i ) =( conv1+conv2+conv3 +( Tc ie lo ) ^4) ^ ( 1 / 4 ) ;308 i f abs (T ( i )−Tsup ) <1e−5309 Tbool =1;310 else311 Tsup=T( i ) ;312 end313 end314
315 end316
317
318 cbat =0.7176;319 ocup =1.005;320
Alejandro Domínguez Moreno 97
ANNEX
321 Ea_S=cumsum(P_S) ;322 batmas_S=max(Ea_S) /550* cbat ;323 Sce l l =0.00098;324 Spanel= Sc e l l *20 ;325 mcel l =180e−6;326
349 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s350 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;351 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;352 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;353 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;354 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;355 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;356
357 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia358 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;359 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;360
361 % Calculo de las modi f i cac iones362 AR=12.8*2;363 ARh=2;364 cdens=1580;365 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;366 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;367 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;368 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;369 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;370 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;371 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;372 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;
Alejandro Domínguez Moreno 98
ANNEX
373 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;374 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;375 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;376 fSso la r =@(S) 227*Spanel ;377 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;378 f carga=@(S) m(S) . / S ;379 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances380
381 % Nuevos parametros382 Sw=Sw_orig ;383 mto=m(Sw) ;384 b= fb (Sw) ;385 c= f c (Sw) ;386 Sv=fSv (Sw) ;387 Sh=fSh (Sw) ;388 bh=fbh (Sw) ;389 ch=fch (Sw) ;390 cv=ch ;391 bv=Sv / cv ;392 l t = f l t (Sw) ;393 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;394 Ssolar= fSso la r (Sw) ;395 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;396 bat=batmas_S * Ssolar ;397
398 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia399 ve l =1;400 renddia=rend . / rendb ;401 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;402 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;403 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;404 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;405 E i n i =0;406 Enoche=0;407 E_t= E i n i ;408 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;409 Pa=Eabs / nh ;410 dias =2;411 f o r d ia =1: d ias412 f o r i =1:24413 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;414 i f Pcdia >Pin415 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche ;416 E_t=E_t+Pin−Pcnoche ;417 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;418 else419 E_t=E_t+Pin−Pcdia ;420 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;421 end422 end423 end
Alejandro Domínguez Moreno 99
ANNEX
424 Enoche=Enoche / d ias ;425 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;426 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;427
428 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;429 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;430 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;431 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;432 Drag=Pdrag . / vcrv ;433 Pprop=Pdrag ;434 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;435 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;436 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;437 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) . / 1 . 2 ;438 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;439
440 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−evo6 . t x t ’ ;441 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;442 f i l e I D 1 =dat1 ;443 f i l e I D 2 =dat2 ;444 f i l e I D 4 =dat4 ;445 aeropar ( 1 ) =mto ;446 aeropar ( 2 ) =Sw;447 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;448 aeropar ( 4 ) =h ;449 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;450 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;451 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;452 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;453 aeropar ( 9 ) =c ;454 aeropar (11)=Sv ;455 aeropar (12)= l t ;456 aeropar (13)=Sh ;457 aeropar (20)=gros_or ig ;458 aeropar (21)=ch ;459 aeropar (22)=cv ;460 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;461 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;462
463 f o r i =1: leng th ( aeropar )464 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;465 end466 f c l o s e ( f i l e ) ;467
468 f i g u r e ( 1 )469 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;470 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;471 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;472 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;473 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )474 ax is ( [ 0 7 0 500] )
Alejandro Domínguez Moreno 100
ANNEX
475 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;
476 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;477
478 f i g u r e ( 2 )479 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;480 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;481 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;482 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;483 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )484 ax is ( [ 0 7 0 500] )485 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;486 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;487
488 f i g u r e ( 3 )489 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )490 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;491 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;492 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;493 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;494 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;495 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;496
497 f i g u r e ( 4 )498 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;499 f o r i =1:n500 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;501 end502 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )503 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;504 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;505 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;506 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’
Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )507 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )508 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;509 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;510
511 f i g u r e ( 5 )512 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;513 Pc_v=fPc_v ( v ) ;514 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;515 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;516 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;517 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;518 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )519 ax is ( [ 7 16 0 300] )520 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;521 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;522
Alejandro Domínguez Moreno 101
ANNEX
523 % Comprobacion de l a po la r524 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;525 ve l =1;526 Cdreg=cd0 ( ve l ) +k1a ( ve l ) . * Clreg+k2a ( ve l ) . * Clreg .^2+ k3a ( ve l ) . * Clreg .^3+ k4a ( ve l ) . *
Clreg . ^ 4 ;527 f i g u r e ( 6 )528 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , ve l ) ,CD( : , ve l ) . * 1 .2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) ;529 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;530 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;531 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;532 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )533 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )534 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;535 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;536
537 f i g u r e ( 7 )538 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) ) / mto , 1 : nh* dias , ( E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) ) / mto )539 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;540 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;541 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;542 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;543 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;544 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;545 toc
Figura I.5.13: Balance energético horario de la Evolución 5 a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 102
ANNEX
Figura I.5.14: Balance energético horario de la Evolución 5 a 100 m de altura
I.5.2.7. Evolución 5 - Después del centrado
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)
Alejandro Domínguez Moreno 103
ANNEX
22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % Spanel : s u p e r f i c i e de un panel so l a r (m^2)66 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )67 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r68 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT69 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a70 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a71 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o72 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o
Alejandro Domínguez Moreno 104
ANNEX
73 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e74 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave75 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero76 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)77 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema78 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )79 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )80 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )81 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )82 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )83 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )84 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )86 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)87 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)88 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)89 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la90 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l91 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)92 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca93 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)96 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)97 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)98 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)99 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)100 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)101 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )102 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )103 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)104 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )105 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)106 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )107 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)108 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )109 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)111 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)112 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)
Alejandro Domínguez Moreno 105
ANNEX
113 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)115 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)117 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)118 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)119 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )120 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )121 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)122 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)123 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)124 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)125 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)126 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)127 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)128 % E_t : contador de energia (Wh)129 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)130 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o131 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)132 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero133 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero134 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)135 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)136 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)137 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)138 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)139 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)140 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a141 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a142 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a143 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion144 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion145
146 c l ea r147 c lose a l l148 t i c149 UAV= ’PHOENIX−evo5 ’ ;150 mes = ’ d i c ’ ;151 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;152 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;153 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;154 dat1= f i l e I D 1 ;155 dat2= f i l e I D 2 ;156 aeropar= f i l e I D 3 ;157 dat4= f i l e I D 4 ;158 mto_or ig=aeropar ( 1 ) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;159 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;160 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;161 hdis=aeropar ( 4 ) ;162 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 106
ANNEX
163 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;164 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;165 CLmax=aeropar ( 8 ) ;166 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;167 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;168 cdbody=aeropar (10) * 0 . 4 ;169 Sv_or ig=aeropar (11) ;170 l t _ o r i g =aeropar (12) ;171 Sh_orig=aeropar (13) ;172 mbase=aeropar (14) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;173 wskindens=aeropar (15) ;174 tdens=aeropar (16) ;175 d in_o r i g =aeropar (17) ;176 dout_or ig=aeropar (18) ;177 espar_or ig=aeropar (19) ;178 gros_or ig =0.104;179 ch_or ig = aeropar (21) ;180 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;181 cv_or ig = aeropar (22) ;182 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;183 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;184 f c l o s e ( f i l e ) ;185
186 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola187 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;188 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;189
190 % A l t i t u d191 h=1000;192 h_s t r=num2str ( h ) ;193 Ts l =288.15;194 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;195 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;196 Pres=101325* a l f a i s a ^5.256;197 Ta= a l f a i s a * Ts l ;198 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land199 nu=mu/ dens ;200 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;201 ngrad =4;202 rmin =0;203 rmax =1.4 ;204 nv =4;205 Re=zeros (1 , nv ) ;206 k4a=zeros (1 , nv ) ;207 k3a=zeros (1 , nv ) ;208 k2a=zeros (1 , nv ) ;209 k1a=zeros (1 , nv ) ;210 cd0=zeros (1 , nv ) ;211
212 vcrv =[8 9 7 1 6 ] ;213
214 f o r i =1: nv ;215 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;216 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;
Alejandro Domínguez Moreno 107
ANNEX
217 f i lename =[ ’ evo4− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;218 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;219 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;220 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;221 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;222 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;223 f c l o s e ( f i l e ) ;224 i f ngrad==2225 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;226 k4a ( i ) =0;227 k3a ( i ) =0;228 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;229 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;230 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;231 e l s e i f ngrad==4232 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;233 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;234 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;235 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;236 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;237 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ;238 end239 end240
241 n=1000; % numero de puntos242
243 % Rendimientos244 rendmppt =0.97;245 rendbm=0.995;246 rendb =0.972;247 rendesc =0.99;248 rendm =0.93;249 i f h==100250 rendp = [ 0 . 8 1 , 0 . 8 4 ,0 . 7 2 , 0 . 8 5 ] ;251 e l s e i f h==1000252 rendp = [ 0 . 8 , 0 . 8 4 , 0 . 6 9 , 0 . 8 6 ] ;253 end254
276 sigma=5.67e−8;277 a l f a =0.88;278 e p s i l =0 .8 ;279 a l f a _ p i n t =0.14;280 e p s i l _ p i n t =0.93;281
282
283 f o r i =1:nh284 t ( i ) = i −1;285 J ( i ) =J_h ( t ( i ) ,mes) ;286 Tsup= Tc ie lo ;287 Tbool =0;288 nconv =10;289 whi le Tbool==0290 P_S( i ) =eta_JT ( J ( i ) , Tsup−273) * J ( i ) ;291 al fa_conv =0;292 Tm=( Tc ie lo +Tsup ) / 2 ;293 mu_conv=(1.458e−6*Tm^0 .5 ) / (1+110 .4 /Tm) ;294 cp=1031.5−0.210*Tm+4.143e−4*Tm^2;295 lambda=2.728e−3+7.776e−5*Tm;296 dens_conv=Pres / (287*Tm) ;297 Pr=mu_conv* cp / lambda ;298 f o r j =1: nconv ;299 Re_conv= j * c_or ig / nconv * vcrv ( 1 ) * dens_conv / mu_conv ;300 Nussel t =0.664*Re_conv ^0 .5* Pr ^ ( 1 / 3 ) ;301 a_conv=Nussel t * lambda / ( j * c_or ig ) / nconv ;302 al fa_conv=al fa_conv+a_conv ;303 end304 conv1=P_S( i ) *(1− rendelec ( 1 ) ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;305 conv2 = ( ( J ( i ) * a l f a−P_S( i ) ) +0.33* J ( i ) * a l f a _ p i n t ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;306 conv3=−(a l fa_conv * ( Tsup−Tc ie lo ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ) ;307 T( i ) =( conv1+conv2+conv3 +( Tc ie lo ) ^4) ^ ( 1 / 4 ) ;308 i f abs (T ( i )−Tsup ) <1e−5309 Tbool =1;310 else311 Tsup=T( i ) ;312 end313 end314
349 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s350 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;351 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;352 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;353 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;354 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;355 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;356
357 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia358 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;359 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;360
361 % Calculo de las modi f i cac iones362 AR=12.8*2;363 ARh=2;364 cdens=1580;365 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;366 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;367 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;368 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;369 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;370 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;371 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;372 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;373 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;374 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;
Alejandro Domínguez Moreno 110
ANNEX
375 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;376 fSso la r =@(S) 227*Spanel ;377 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;378 f carga=@(S) m(S) . / S ;379 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances380
381 % Nuevos parametros382 Sw=Sw_orig ;383 mto=21.41;384 b= fb (Sw) ;385 c= f c (Sw) ;386 Sv=fSv (Sw) ;387 Sh=fSh (Sw) ;388 bh=fbh (Sw) ;389 ch=fch (Sw) ;390 cv=ch ;391 bv=Sv / cv ;392 l t = f l t (Sw) ;393 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;394 Ssolar= fSso la r (Sw) ;395 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;396 bat =2.646;397
398 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia399 ve l =1;400 renddia=rend . / rendb ;401 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;402 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;403 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;404 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;405 E i n i =0;406 Enoche=0;407 E_t= E i n i ;408 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;409 Pa=Eabs / nh ;410 dias =2;411 f o r d ia =1: d ias412 f o r i =1:24413 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;414 i f Pcdia >Pin415 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche ;416 E_t=E_t+Pin−Pcnoche ;417 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;418 else419 E_t=E_t+Pin−Pcdia ;420 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;421 end422 end423 end424 Enoche=Enoche / d ias ;425 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;
428 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;429 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;430 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;431 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;432 Drag=Pdrag . / vcrv ;433 Pprop=Pdrag ;434 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;435 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;436 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;437 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) . / 1 . 2 ;438 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;439
440 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−evo6 . t x t ’ ;441 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;442 f i l e I D 1 =dat1 ;443 f i l e I D 2 =dat2 ;444 f i l e I D 4 =dat4 ;445 aeropar ( 1 ) =mto ;446 aeropar ( 2 ) =Sw;447 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;448 aeropar ( 4 ) =h ;449 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;450 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;451 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;452 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;453 aeropar ( 9 ) =c ;454 aeropar (11)=Sv ;455 aeropar (12)= l t ;456 aeropar (13)=Sh ;457 aeropar (20)=gros_or ig ;458 aeropar (21)=ch ;459 aeropar (22)=cv ;460 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;461 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;462
463 f o r i =1: leng th ( aeropar )464 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;465 end466 f c l o s e ( f i l e ) ;467
468 f i g u r e ( 1 )469 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;470 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;471 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;472 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;473 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )474 ax is ( [ 0 7 0 500] )475 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;
Alejandro Domínguez Moreno 112
ANNEX
476 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;477
478 f i g u r e ( 2 )479 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;480 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;481 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;482 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;483 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )484 ax is ( [ 0 7 0 500] )485 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;486 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;487
488 f i g u r e ( 3 )489 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )490 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;491 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;492 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;493 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;494 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;495 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;496
497 f i g u r e ( 4 )498 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;499 f o r i =1:n500 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;501 end502 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )503 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;504 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;505 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;506 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’
Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )507 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )508 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;509 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;510
511 f i g u r e ( 5 )512 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;513 Pc_v=fPc_v ( v ) ;514 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;515 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;516 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;517 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;518 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )519 ax is ( [ 7 16 0 300] )520 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;521 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;522
523 % Comprobacion de l a po la r524 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 113
ANNEX
525 ve l =1;526 Cdreg=cd0 ( ve l ) +k1a ( ve l ) . * Clreg+k2a ( ve l ) . * Clreg .^2+ k3a ( ve l ) . * Clreg .^3+ k4a ( ve l ) . *
Clreg . ^ 4 ;527 f i g u r e ( 6 )528 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , ve l ) ,CD( : , ve l ) . * 1 .2+ cdbody / ( Sw_orig / 2 ) ) ;529 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;530 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;531 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;532 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )533 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )534 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;535 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;536
537 f i g u r e ( 7 )538 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) ) / mto , 1 : nh* dias , ( E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) ) / mto )539 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;540 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;541 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;542 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;543 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;544 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;545 toc
Figura I.5.15: Balance energético horario de la Evolución 5 después del estudio delcentro de gravedad a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 114
ANNEX
Figura I.5.16: Balance energético horario de la Evolución 5 después del estudio delcentro de gravedad a 100 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 115
ANNEX
I.6. Estudio de la solución
I.6.1. Solución Final
A continuación, se muestra el código utilizado para el cálculo del balance energé-
tico para la solución final.
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion
Alejandro Domínguez Moreno 116
ANNEX
43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % Spanel : s u p e r f i c i e de un panel so l a r (m^2)66 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )67 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r68 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT69 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a70 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a71 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o72 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o73 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e74 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave75 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero76 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)77 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema78 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )79 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )80 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )81 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )82 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )83 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )84 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )86 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)87 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)88 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)89 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la90 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l
Alejandro Domínguez Moreno 117
ANNEX
91 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)92 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca93 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)96 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)97 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)98 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)99 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)100 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)101 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )102 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )103 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)104 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )105 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)106 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )107 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)108 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )109 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)111 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)112 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)113 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)115 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)117 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)118 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)119 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )120 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )121 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)122 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)123 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)124 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)125 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)126 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)127 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)128 % E_t : contador de energia (Wh)129 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)130 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o131 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)132 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero
Alejandro Domínguez Moreno 118
ANNEX
133 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero134 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)135 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)136 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)137 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)138 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)139 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)140 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a141 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a142 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a143 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion144 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion145
146 c l ea r147 c lose a l l148 t i c149 UAV= ’PHOENIX−evo5 ’ ;150 mes = ’ d i c ’ ;151 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;152 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;153 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;154 dat1= f i l e I D 1 ;155 dat2= f i l e I D 2 ;156 aeropar= f i l e I D 3 ;157 dat4= f i l e I D 4 ;158 mto_or ig=aeropar ( 1 ) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;159 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;160 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;161 hdis=aeropar ( 4 ) ;162 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;163 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;164 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;165 CLmax=aeropar ( 8 ) ;166 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;167 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;168 cdbody=0.176385* aeropar (10) ;169 Sv_or ig=aeropar (11) ;170 l t _ o r i g =aeropar (12) ;171 Sh_orig=aeropar (13) ;172 mbase=aeropar (14) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;173 wskindens=aeropar (15) ;174 tdens=aeropar (16) ;175 d in_o r i g =aeropar (17) ;176 dout_or ig=aeropar (18) ;177 espar_or ig=aeropar (19) ;178 gros_or ig =0.104;179 ch_or ig = aeropar (21) ;180 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;181 cv_or ig = aeropar (22) ;182 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;183 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;184 f c l o s e ( f i l e ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 119
ANNEX
185
186 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola187 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;188 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;189
190 % A l t i t u d191 h=1000;192 h_s t r=num2str ( h ) ;193 Ts l =288.15;194 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;195 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;196 Pres=101325* a l f a i s a ^5.256;197 Ta= a l f a i s a * Ts l ;198 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land199 nu=mu/ dens ;200 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;201 ngrad =4;202 rmin =0;203 rmax =1.4 ;204 nv =4;205 Re=zeros (1 , nv ) ;206 k4a=zeros (1 , nv ) ;207 k3a=zeros (1 , nv ) ;208 k2a=zeros (1 , nv ) ;209 k1a=zeros (1 , nv ) ;210 cd0=zeros (1 , nv ) ;211
212 vcrv =[8 9 7 1 6 ] ;213
214 f o r i =1: nv ;215 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;216 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;217 f i lename =[ ’ evo4− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;218 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;219 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;220 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;221 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;222 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;223 f c l o s e ( f i l e ) ;224 i f ngrad==2225 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;226 k4a ( i ) =0;227 k3a ( i ) =0;228 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;229 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;230 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody ;231 e l s e i f ngrad==4232 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;233 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;234 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;235 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;236 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;
Alejandro Domínguez Moreno 120
ANNEX
237 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody ;238 end239 end240
241 n=1000; % numero de puntos242
243 % Rendimientos244 rendmppt =0.97;245 rendbm=0.995;246 rendb =0.9987;247 rendesc =0.99;248 rendm =0.93;249 i f h==100250 rendp = [ 0 . 8 1 , 0 . 8 4 ,0 . 7 2 , 0 . 8 5 ] ;251 e l s e i f h==1000252 rendp = [ 0 . 8 , 0 . 8 4 , 0 . 6 9 , 0 . 8 6 ] ;253 end254
276 sigma=5.67e−8;277 a l f a =0.88;278 e p s i l =0 .8 ;279 a l f a _ p i n t =0.14;280 e p s i l _ p i n t =0.93;281
282
283 f o r i =1:nh284 t ( i ) = i −1;285 J ( i ) =J_h ( t ( i ) ,mes) ;286 Tsup= Tc ie lo ;287 Tbool =0;288 nconv =10;289 whi le Tbool==0290 P_S( i ) =eta_JT ( J ( i ) , Tsup−273) * J ( i ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 121
ANNEX
291 al fa_conv =0;292 Tm=( Tc ie lo +Tsup ) / 2 ;293 mu_conv=(1.458e−6*Tm^0 .5 ) / (1+110 .4 /Tm) ;294 cp=1031.5−0.210*Tm+4.143e−4*Tm^2;295 lambda=2.728e−3+7.776e−5*Tm;296 dens_conv=Pres / (287*Tm) ;297 Pr=mu_conv* cp / lambda ;298 f o r j =1: nconv ;299 Re_conv= j * c_or ig / nconv * vcrv ( 1 ) * dens_conv / mu_conv ;300 Nussel t =0.664*Re_conv ^0 .5* Pr ^ ( 1 / 3 ) ;301 a_conv=Nussel t * lambda / ( j * c_or ig ) / nconv ;302 al fa_conv=al fa_conv+a_conv ;303 end304 conv1=P_S( i ) *(1− rendelec ( 1 ) ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;305 conv2 = ( ( J ( i ) * a l f a−P_S( i ) ) +0.33* J ( i ) * a l f a _ p i n t ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;306 conv3=−(a l fa_conv * ( Tsup−Tc ie lo ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ) ;307 T( i ) =( conv1+conv2+conv3 +( Tc ie lo ) ^4) ^ ( 1 / 4 ) ;308 i f abs (T ( i )−Tsup ) <1e−5309 Tbool =1;310 else311 Tsup=T( i ) ;312 end313 end314
315 end316
317
318 cbat =0.7176;319 ocup =1.005;320
321 Ea_S=cumsum(P_S) ;322 batmas_S=max(Ea_S) /550* cbat ;323 Sce l l =0.00098;324 Spanel= Sc e l l *20 ;325 mcel l =180e−6;326
349 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s350 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;351 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;352 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;353 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;354 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;355 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;356
357 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia358 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;359 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;360
361 % Calculo de las modi f i cac iones362 AR=12.8*2;363 ARh=2;364 cdens=1580;365 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;366 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;367 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;368 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;369 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;370 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;371 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;372 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;373 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;374 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;375 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;376 fSso la r =@(S) 227*Spanel ;377 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;378 f carga=@(S) m(S) . / S ;379 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances380
381 % Nuevos parametros382 Sw=Sw_orig ;383 mto=20.571;384 b= fb (Sw) ;385 c= f c (Sw) ;386 Sv=fSv (Sw) ;387 Sh=fSh (Sw) ;388 bh=fbh (Sw) ;389 ch=fch (Sw) ;390 cv=ch ;391 bv=Sv / cv ;392 l t = f l t (Sw) ;393 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;394 Ssolar= fSso la r (Sw) ;
Alejandro Domínguez Moreno 123
ANNEX
395 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;396 bat =3.280;397
398 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia399 ve l =1;400 renddia=rend . / rendb ;401 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;402 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;403 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;404 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;405 E i n i =0;406 Enoche=0;407 E_t= E i n i ;408 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;409 Pa=Eabs / nh ;410 dias =2;411 f o r d ia =1: d ias412 f o r i =1:24413 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;414 i f Pcdia >Pin415 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche ;416 E_t=E_t+Pin−Pcnoche ;417 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;418 else419 E_t=E_t+Pin−Pcdia ;420 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;421 end422 end423 end424 Enoche=Enoche / d ias ;425 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;426 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;427
428 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;429 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;430 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;431 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;432 Drag=Pdrag . / vcrv ;433 Pprop=Pdrag ;434 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;435 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;436 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;437 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody ) . / 1 . 2 ;438 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;439
440 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−SOLAR. t x t ’ ;441 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;442 f i l e I D 1 =dat1 ;443 f i l e I D 2 =dat2 ;444 f i l e I D 4 =dat4 ;445 aeropar ( 1 ) =mto ;446 aeropar ( 2 ) =Sw;447 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 124
ANNEX
448 aeropar ( 4 ) =h ;449 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;450 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;451 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;452 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;453 aeropar ( 9 ) =c ;454 aeropar (11)=Sv ;455 aeropar (12)= l t ;456 aeropar (13)=Sh ;457 aeropar (20)=gros_or ig ;458 aeropar (21)=ch ;459 aeropar (22)=cv ;460 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;461 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;462
463 f o r i =1: leng th ( aeropar )464 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;465 end466 f c l o s e ( f i l e ) ;467 UAV= ’PHOENIX−SOLAR−SF ’ ;468 f i g u r e ( 1 )469 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;470 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;471 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;472 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;473 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )474 ax is ( [ 0 7 0 500] )475 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;476 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;477
478 f i g u r e ( 2 )479 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;480 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;481 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;482 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;483 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )484 ax is ( [ 0 7 0 500] )485 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;486 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;487
488 f i g u r e ( 3 )489 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )490 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;491 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;492 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;493 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;494 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;
Alejandro Domínguez Moreno 125
ANNEX
495 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;496
497 f i g u r e ( 4 )498 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;499 f o r i =1:n500 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;501 end502 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )503 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;504 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;505 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;506 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’
Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )507 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )508 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;509 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;510
511 f i g u r e ( 5 )512 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;513 Pc_v=fPc_v ( v ) ;514 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;515 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;516 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;517 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;518 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )519 ax is ( [ 7 16 0 300] )520 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;521 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;522
523 % Comprobacion de l a po la r524 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;525 ve l =1;526 Cdreg=cd0 ( ve l ) +k1a ( ve l ) . * Clreg+k2a ( ve l ) . * Clreg .^2+ k3a ( ve l ) . * Clreg .^3+ k4a ( ve l ) . *
Clreg . ^ 4 ;527 f i g u r e ( 6 )528 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , ve l ) ,CD( : , ve l ) . * 1 .2+ cdbody ) ;529 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;530 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;531 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;532 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )533 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )534 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;535 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;536
537 f i g u r e ( 7 )538 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) ) / mto , 1 : nh* dias , ( E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) ) / mto )539 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;540 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;541 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;542 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;543 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;
Alejandro Domínguez Moreno 126
ANNEX
544 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;545 toc
I.6.1.1. Resultados
Figura I.6.1: Balance energético horario de la solución a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 127
ANNEX
Figura I.6.2: Balance energético horario de la solución a 100 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 128
ANNEX
Figura I.6.3: Potencia consumida por la solución en función de la velocidad a1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 129
ANNEX
Figura I.6.4: Potencia consumida por la solución en función de la velocidad a 100 mde altura
I.6.2. Evolución de la solución
En este apartado se presentan los distintos balances energéticos desde el UAV
original hasta la solución final. Para poder realizar la comparación con mayor faci-
lidad, los balances se llevan a cabo por unidad de masa.
Alejandro Domínguez Moreno 130
ANNEX
I.6.2.1. Original
Figura I.6.5: Balance energético horario por unidad de masa del UAV original a1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 131
ANNEX
I.6.2.2. Evolución 1
Figura I.6.6: Balance energético horario por unidad de masa de la Evolución 1 a1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 132
ANNEX
I.6.2.3. Evolución 2
Figura I.6.7: Balance energético horario por unidad de masa de la Evolución 2 a1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 133
ANNEX
I.6.2.4. Evolución 3
Figura I.6.8: Balance energético horario por unidad de masa de la Evolución 3 a1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 134
ANNEX
I.6.2.5. Evolución 4
Figura I.6.9: Balance energético horario por unidad de masa de la Evolución 4 a1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 135
ANNEX
I.6.2.6. Evolución 5
Figura I.6.10: Balance energético horario por unidad de masa de la Evolución 5 a1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 136
ANNEX
I.6.2.7. Solución final
Figura I.6.11: Balance energético horario por unidad de masa de la solución final a1000 m de altura
I.6.3. Carga de pago
Este estudio incorpora la potencia consumida por los sistemas de a bordo, tanto
por los incorporados (Tabla VI.2.1), como por el autopilot que se mantiene respecto
la aeronave seleccionada (consumo de 2.4 W ). Se considera que el consumo de
los componentes es constante e ininterrumpido.
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronave
estudiada
Alejandro Domínguez Moreno 137
ANNEX
13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbida
durante e l d ia62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)
Alejandro Domínguez Moreno 138
ANNEX
63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % Spanel : s u p e r f i c i e de un panel so l a r (m^2)66 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )67 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r68 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT69 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a70 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a71 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o72 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o73 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e74 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave75 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero76 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)77 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema78 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )79 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )80 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )81 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )82 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )83 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )84 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )86 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)87 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)88 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)89 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la90 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l91 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)92 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca93 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)96 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)97 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)98 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)99 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)100 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)101 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )102 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )103 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)
Alejandro Domínguez Moreno 139
ANNEX
104 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )105 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)106 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )107 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)108 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )109 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)111 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)112 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)113 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)115 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)117 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)118 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)119 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )120 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )121 % Pconboard : consumo de los sistemas de a bordo (W)122 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)123 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)124 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)125 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)126 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)127 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)128 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)129 % E_t : contador de energia (Wh)130 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)131 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o132 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)133 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero134 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero135 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)136 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)137 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)138 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)139 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)140 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)141 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a142 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a143 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a144 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion145 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion146
147 c l ea r148 c lose a l l149 t i c150 UAV= ’PHOENIX−SOLAR ’ ;151 mes = ’ d i c ’ ;152 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;
Alejandro Domínguez Moreno 140
ANNEX
153 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;154 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;155 dat1= f i l e I D 1 ;156 dat2= f i l e I D 2 ;157 aeropar= f i l e I D 3 ;158 dat4= f i l e I D 4 ;159 mto_or ig =21.007;160 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;161 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;162 hdis=aeropar ( 4 ) ;163 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;164 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;165 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;166 CLmax=aeropar ( 8 ) ;167 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;168 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;169 cdbody=0.176385* aeropar (10) ;170 Sv_or ig=aeropar (11) ;171 l t _ o r i g =aeropar (12) ;172 Sh_orig=aeropar (13) ;173 wskindens=aeropar (15) ;174 tdens=aeropar (16) ;175 d in_o r i g =aeropar (17) ;176 dout_or ig=aeropar (18) ;177 espar_or ig=aeropar (19) ;178 gros_or ig =0.104;179 ch_or ig = aeropar (21) ;180 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;181 cv_or ig = aeropar (22) ;182 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;183 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;184 f c l o s e ( f i l e ) ;185
186 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola187 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;188 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;189
190 % A l t i t u d191 h=100;192 h_s t r=num2str ( h ) ;193 Ts l =288.15;194 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;195 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;196 Pres=101325* a l f a i s a ^5.256;197 Ta= a l f a i s a * Ts l ;198 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land199 nu=mu/ dens ;200 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;201 ngrad =4;202 rmin =0;203 rmax =1.4 ;204 nv =4;205 Re=zeros (1 , nv ) ;206 k4a=zeros (1 , nv ) ;
214 f o r i =1: nv ;215 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;216 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;217 f i lename =[ ’ evo4− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;218 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;219 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;220 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;221 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;222 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;223 f c l o s e ( f i l e ) ;224 i f ngrad==2225 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;226 k4a ( i ) =0;227 k3a ( i ) =0;228 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;229 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;230 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody ;231 e l s e i f ngrad==4232 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;233 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;234 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;235 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;236 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;237 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody ;238 end239 end240
241 n=1000; % numero de puntos242
243 % Rendimientos244 rendmppt =0.97;245 rendbm=0.995;246 rendb =0.9987;247 rendesc =0.99;248 rendm =0.93;249 i f h==100250 rendp = [ 0 . 8 1 , 0 . 8 4 ,0 . 7 2 , 0 . 8 5 ] ;251 e l s e i f h==1000252 rendp = [ 0 . 8 , 0 . 8 4 , 0 . 6 9 , 0 . 8 6 ] ;253 end254
276 sigma=5.67e−8;277 a l f a =0.88;278 e p s i l =0 .8 ;279 a l f a _ p i n t =0.14;280 e p s i l _ p i n t =0.93;281
282
283 f o r i =1:nh284 t ( i ) = i −1;285 J ( i ) =J_h ( t ( i ) ,mes) ;286 Tsup= Tc ie lo ;287 Tbool =0;288 nconv =10;289 whi le Tbool==0290 P_S( i ) =eta_JT ( J ( i ) , Tsup−273) * J ( i ) ;291 al fa_conv =0;292 Tm=( Tc ie lo +Tsup ) / 2 ;293 mu_conv=(1.458e−6*Tm^0 .5 ) / (1+110 .4 /Tm) ;294 cp=1031.5−0.210*Tm+4.143e−4*Tm^2;295 lambda=2.728e−3+7.776e−5*Tm;296 dens_conv=Pres / (287*Tm) ;297 Pr=mu_conv* cp / lambda ;298 f o r j =1: nconv ;299 Re_conv= j * c_or ig / nconv * vcrv ( 1 ) * dens_conv / mu_conv ;300 Nussel t =0.664*Re_conv ^0 .5* Pr ^ ( 1 / 3 ) ;301 a_conv=Nussel t * lambda / ( j * c_or ig ) / nconv ;302 al fa_conv=al fa_conv+a_conv ;303 end304 conv1=P_S( i ) *(1− rendelec ( 1 ) ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;305 conv2 = ( ( J ( i ) * a l f a−P_S( i ) ) +0.33* J ( i ) * a l f a _ p i n t ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;306 conv3=−(a l fa_conv * ( Tsup−Tc ie lo ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ) ;307 T( i ) =( conv1+conv2+conv3 +( Tc ie lo ) ^4) ^ ( 1 / 4 ) ;308 i f abs (T ( i )−Tsup ) <1e−5309 Tbool =1;310 else311 Tsup=T( i ) ;312 end
Alejandro Domínguez Moreno 143
ANNEX
313 end314
315 end316
317
318 cbat =0.7176;319 ocup =1.005;320
321 Ea_S=cumsum(P_S) ;322 batmas_S=max(Ea_S) /550* cbat ;323 Sce l l =0.00098;324 Spanel= Sc e l l *20 ;325 mcel l =180e−6;326
349 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s350 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;351 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;352 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;353 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;354 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;355 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;356
357 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia358 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;359 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;360
361 % Calculo de las modi f i cac iones362 AR=12.8*2;363 ARh=2;364 cdens=1580;
Alejandro Domínguez Moreno 144
ANNEX
365 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;366 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;367 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;368 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;369 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;370 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;371 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;372 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;373 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;374 fSso la r =@(S) 227*Spanel ;375 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances376
377 % Nuevos parametros378 Sw=Sw_orig ;379 mto=mto_or ig ;380 b= fb (Sw) ;381 c= f c (Sw) ;382 Sv=fSv (Sw) ;383 Sh=fSh (Sw) ;384 bh=fbh (Sw) ;385 ch=fch (Sw) ;386 cv=ch ;387 bv=Sv / cv ;388 l t = f l t (Sw) ;389 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;390 Ssolar= fSso la r (Sw) ;391 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;392 bat =3.280;393
394 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia395 ve l =1;396 renddia=rend . / rendb ;397 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;398 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;399 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;400 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;401 E i n i =0;402 Enoche=0;403 E_t= E i n i ;404 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;405 Pa=Eabs / nh ;406 dias =2;407 f o r d ia =1: d ias408 f o r i =1:24409 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;410 i f Pcdia >Pin411 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche−Pconboard ;412 E_t=E_t+Pin−Pcnoche−Pconboard ;413 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;414 else415 E_t=E_t+Pin−Pcdia−Pconboard ;416 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;
Alejandro Domínguez Moreno 145
ANNEX
417 end418 end419 end420 Enoche=Enoche / d ias ;421 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;422 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;423
424 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;425 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;426 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;427 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;428 Drag=Pdrag . / vcrv ;429 Pprop=Pdrag ;430 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;431 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;432 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;433 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody ) . / 1 . 2 ;434 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;435
436 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−SOLAR−Payload . t x t ’ ;437 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;438 f i l e I D 1 =dat1 ;439 f i l e I D 2 =dat2 ;440 f i l e I D 4 =dat4 ;441 aeropar ( 1 ) =mto ;442 aeropar ( 2 ) =Sw;443 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;444 aeropar ( 4 ) =h ;445 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;446 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;447 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;448 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;449 aeropar ( 9 ) =c ;450 aeropar (11)=Sv ;451 aeropar (12)= l t ;452 aeropar (13)=Sh ;453 aeropar (20)=gros_or ig ;454 aeropar (21)=ch ;455 aeropar (22)=cv ;456 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;457 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;458
459 f o r i =1: leng th ( aeropar )460 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;461 end462 f c l o s e ( f i l e ) ;463
464 f i g u r e ( 1 )465 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;466 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;467 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;468 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 146
ANNEX
469 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumidaa 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )
470 ax is ( [ 0 7 0 500] )471 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;472 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;473
474 f i g u r e ( 2 )475 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;476 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;477 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;478 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;479 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )480 ax is ( [ 0 7 0 500] )481 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;482 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;483
484 f i g u r e ( 3 )485 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) , 1 : nh * dias , E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) )486 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;487 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;488 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;489 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;490 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;491 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;492
493 f i g u r e ( 5 )494 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;495 Pc_v=fPc_v ( v ) ;496 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;497 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;498 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;499 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;500 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )501 ax is ( [ 7 16 0 300] )502 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;503 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;504
505 % Comprobacion de l a po la r506 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;507 ve l =1;508 Cdreg=cd0 ( ve l ) +k1a ( ve l ) . * Clreg+k2a ( ve l ) . * Clreg .^2+ k3a ( ve l ) . * Clreg .^3+ k4a ( ve l ) . *
Clreg . ^ 4 ;509 f i g u r e ( 6 )510 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , ve l ) ,CD( : , ve l ) . * 1 .2+ cdbody ) ;511 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;512 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;513 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;514 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )515 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )
Alejandro Domínguez Moreno 147
ANNEX
516 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;517 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;518
519 f i g u r e ( 7 )520 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 1 , : ) + E i n i ( 1 ) ) / mto , 1 : nh* dias , ( E_tv ( 2 , : ) + E i n i ( 2 ) ) / mto )521 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;522 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;523 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;524 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ ) ;525 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;526 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;527
528 f i g u r e ( 8 )529 v= l inspace (7 ,16 ,n ) ;530 ve l =2;531 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) ;532 Pc_v=fPc_v ( v ) ;533 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche , ’ o ’ ) ;534 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;535 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;536 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;537 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 9 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )538 ax is ( [ 7 16 0 300] )539 f ig8name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;540 p r i n t ( fig8name , ’−dpng ’ ) ;541
542 toc
I.6.4. Caso extremo
En este apartado se modifica parte del código correspondiente a la elaboración de
gráficos para adecuarlos al estudio energético durante el mes de junio. El análisis
se lleva a cabo teniendo en cuenta el consumo constante e ininterrumpido de los
sistemas de a bordo.
1 %NOMENCLATURA2
3 %UAV: nombre de l modelo estudiado4 %mes : t r e s pr imeras l e t r a s de l mes de l es tud io5 % mto_or ig : masa maxima de despegue de l UAV estudiado ( kg )6 % Sw_orig : s u p e r f i c i e a l a r de l a aeronave estudiada (m^2)7 % v c r d i s _ o r i g : ve loc idad de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m/ s )8 % hdis : a l t i t u d de crucero de diseño de l a aeronave estudiada (m)9 % cd0_or ig : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada
10 % k1a_or ig : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada11 % k2a_or ig : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada
Alejandro Domínguez Moreno 148
ANNEX
12 %CLmax : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion maxima durante e l crucero de l a aeronaveestudiada
13 % c_or ig : cuerda de l a la de UAV estudiado (m)14 % b_or ig : envergadura de l a la de UAV estudiado (m)15 % cdbody : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l f u s e l a j e re fe renc iado a 0.4 m^216 % Sv_orig : s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l de l a aeronave estudiada ( una de las dos ) (
m^2)17 % l t _ o r i g : d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la (m)18 % Sh_orig : s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l de l a aeronave estudiada (m^2)19 %mbase : masa de componentes i n v a r i a b l e s en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )20 % wskindens : densidad s u p e r f i c i a l de l a p i e l de l a la ( kg /m^2)21 % tdens : densidad s u p e r f i c i a l de l a co la ( kg /m^2)22 % din_ o r i g : diametro i n t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)23 % dout_or ig : diametro e x t e r i o r de l a barra que une l a co la con e l a la (m)24 % espar_or ig : espesor de l la rguero de l i n t e r i o r de l a la (m)25 % gros_or ig : espesor de l p e r f i l de l a aeronave estudiada26 % ch_or ig : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)27 % bh_or ig : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de UAV estudiado (m)28 % cv_or ig : cuerda de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)29 % bv_or ig : envergadura de l a co la v e r t i c a l de UAV estudiado (m)30 % l tedge_o r i g : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a aeronave
estudiada (m)31 %Vh : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l32 % Vv : c o e f i c i e n t e de volumen del e s t a b i l i z a d o r v e r t i c a l33 % h : a l t i t u d de l vuelo en crucero (m)34 % Tsl : temperatura a n i v e l de l mar ISA (K)35 % a l f a i s a : parametros de ca l cu lo de l a ISA36 % dens : densidad de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( kg /m^3)37 % Ta : temperatura de l a i r e a a l t i t u d de crucero (K)38 %mu: v iscos idad dinamica de l a i r e a a l t i t u d de crucero ( Pa·s )39 % nu : v iscos idad c inemat ica de l a i r e a a l t i t u d de crucero (m^2 · s )40 % Re_orig : Reynolds de l a la o r i g i n a l41 % ngrad : grado de l a po la r42 % rmin : CL a p a r t i r de l cua l se r e a l i z a l a regres ion43 % rmax : v a lo r supe r io r de CL de l a regres ion44 % nv : numero de veloc idades anal izadas45 % vcrv : ve loc idad de crucero (m/ s )46 % v _s t r : s t r i n g ve loc idad de crucero (m/ s )47 %Re: Reynolds de l a la a las d i f e r e n t e s veloc idades estudiadas48 % alpha : angulo de ataque de l UAV49 %CL: c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion de l a aeronave estudiada50 %CD: c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a de l a aeronave estudiada51 % cd0 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a pa ras i t a de l a aeronave estudiada52 % k1a : c o e f i c i e n t e l i n e a l de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada53 % k2a : c o e f i c i e n t e parabo l i co de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada54 % k3a : c o e f i c i e n t e cubico de l a po la r aerodinamica de l a aeronave estudiada55 % k4a : c o e f i c i e n t e de cuar to grado de l a po la r aerodinamica de l a aeronave
estudiada56 %T : temperatura de u t i l i z a c i o n de los paneles f o t o v o l t a i c o s (oC)57 % nh : numero de horas de l d ia58 % t : vec to r hora en punto , sistema de las 0−23 ( horas )59 % J : vec to r i r r a d i a n c i a so la r por unidad de s u p e r f i c i e (W/m^2)60 %P_S : vec to r potenc ia so la r obtenida por unidad de s u p e r f i c i e de placa (W/m^2)
Alejandro Domínguez Moreno 149
ANNEX
61 % cbat : r a t i o en t re l a capacidad de l a energ ia y l a energ ia t o t a l absorbidadurante e l d ia
62 %Ea_S : vec to r energía acumulada por unidad de s u p e r f i c i e de placa (Wh/m^2)63 % batmas_S : masa de l a b a t e r i a por unidad de s u p e r f i c i e de placa ( kg /m^2)64 % S ce l l : s u p e r f i c i e de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a (m^2)65 % Spanel : s u p e r f i c i e de un panel so l a r (m^2)66 % mcel l : masa de una c e l u l a f o t o v o l t a i c a ( kg )67 % ocup : f a c t o r de ocupacion de los paneles f o t o v o l t a i c o s sobre l a s u p e r f i c i e a l a r68 % rendpmppt : rend imiento de l MPPT69 % rendbm : rend imiento de l gestor de b a t e r i a70 % rendb : rend imiento de carga y descarga de l a b a t e r i a71 % rendesc : rend imiento de l con t ro lado r de ve loc idad e l e c t r o n i c o72 % rendm : rend imiento de l motor e l e c t r i c o73 % rendp : rend imiento de l a h e l i c e74 % rend : rend imiento g loba l de l a aeronave75 % Pto_Pcr : r a t i o en t re l a potenc ia de despegue y l a de crucero76 %mto_Sw_UAV : carga a l a r de l UAV estudiado ( kg /m^2)77 %mto_Sw : carga a l a r ( kg ) . Var iab le de l problema78 % Eabs_mto : energ ia absorbida por unidad de masa (Wh/ kg )79 % Pto_mto : potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue (W/ kg )80 % Econs_mto : energ ia consumida durante e l crucero por unidad de masa (Wh/ kg )81 % Eeq_mto : energ ia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico (Wh/ kg )82 % fPto_mto : func ion potenc ia por unidad de masa requer ida durante e l despegue en
func ion de l a carga a l a r (W/ kg )83 % fEabs_mto : func ion energia absorbida por unidad de masa en func ion de l a carga
a l a r (Wh/ kg )84 % fEcons_mto : func ion energia consumida durante e l crucero por unidad de masa en
func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )85 % fEeq_mto : func ion energia por unidad de masa r e s u l t a n t e de l balance energe t ico
en func ion de l a carga a l a r (Wh/ kg )86 % cargamax : carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ( kg /m^2)87 % cargamax_perdida : carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ( kg /m^2)88 % mto_Sw_min : carga a l a r que requ ie re minima potenc ia ( kg /m^2)89 %AR: nuevo va lo r de l a largamiento de l a la90 %ARh: nuevo v a lo r de l a largamiento de l e s t a b i l i z a d o r h o r i z o n t a l91 % cdens : densidad de l composite ( kg /m^3)92 % l r a t i o : r e l a c i o n ent re l a envergadura y e l brazo de palanca93 % fb : func ion de l a envergadura de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)94 % f c : func ion de l a cuerda de l a la func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)95 % l t : func ion de l a d i s t a n c i a ent re las l i n e a s de c /4 de l a la y co la en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m)96 % fSv : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola v e r t i c a l ( una de las dos ) en func ion de
l a s u p e r f i c i e a l a r (m^2)97 % fSh : func ion de l a s u p e r f i c i e de cola h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m^2)98 % fbh : func ion de l a envergadura de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r (m)99 % fch : func ion de l a cuerda de l a co la h o r i z o n t a l en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r
(m)100 % L : func ion de l a l o n g i t u d de las barras que unen l a co la con e l a la en func ion
de l a s u p e r f i c i e a l a r (m)101 % fMspar : func ion de l a masa de los la rgueros de l a la en func ion de l a s u p e r f i c i e
a l a r ( kg )
Alejandro Domínguez Moreno 150
ANNEX
102 % fMbar : func ion de l a masa de las barras que unen l a co la con e l a la en func ionde l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )
103 % fSso la r : func ion de l a s u p e r f i c i e de paneles so la res en func ion de l a s u p e r f i c i ea l a r (m^2)
104 %m: func ion de l a masa de l a aeronave en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg )105 % fcarga : func ion de l a carga a l a r en func ion de l a s u p e r f i c i e a l a r ( kg /m^2)106 % fm : func ion de e q u i l i b r i o para c a l c u l a r l a nueva masa en func ion de l a
s u p e r f i c i e a l a r ( kg )107 %Sw: s u p e r f i c i e a l a r de l a nueva aeronave (m^2)108 % mto : masa maxima de despegue de l a nueva aeronave ( kg )109 % b : envergadura de l a la de l a nueva aeronave (m)110 % c : cuerda de l a la de l a nueva aeronave (m)111 % Sv : s u p e r f i c i e de co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m^2)112 %Sh : s u p e r f i c i e de co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m^2)113 % bh : envergadura de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)114 % ch : cuerda de l a co la h o r i z o n t a l de l a nueva aeronave (m)115 % cv : cuerda de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)116 % bv : envergadura de l a co la v e r t i c a l de l a nueva aeronave (m)117 % ltedge : d i s t a n c i a ent re los bordes de ataque de l a la y co la de l a nueva aeronave
(m)118 % Ssolar : s u p e r f i c i e de paneles so la res de l a nueva aeronave (m^2)119 % vs : ve loc idad de entrada en perdida de l a nueva aeronave (m/ s )120 % bat : masa de l a b a t e r i a ( kg )121 % Pcdia : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante e l d ia (W)122 % Pcnoche : potenc ia consumida por l a nueva aeronave durante l a noche (W)123 %Pa : potenc ia absorbida por l a nueva aeronave (W)124 % fPc_v : func ion de l a potenc ia consumida por l a nueva aeronave en func ion de l a
ve loc idad (W)125 % E_tv : energ ia acumulada en las ba te r i as en func ion de l t iempo (Wh)126 % E i n i : energ ia i n i c i a l necesar ia (Wh)127 % Enoche : energ ia necesar ia durante las horas de i n s u f i e n c i a so l a r (Wh)128 % tnoche : horas de baja o nula rad iac ion so la r ( h )129 % Pdisnoche : potenc ia d i spon ib l e durante l a noche (W)130 % E_t : contador de energia (Wh)131 % Eabs : energ ia absorbida por l a nueva aeronave (Wh)132 % dias : numero de dias de l es tud io de l balance energe t ico ho ra r i o133 % Pin : potenc ia absorbida por los paneles (W)134 % Clcr : c o e f i c i e n t e de sus ten tac ion durante e l crucero135 % Cdcr : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a durante e l crucero136 % Pdrag : potenc ia necesar ia para vencer l a r e s i s t e n c i a aerodinamica de l UAV (W)137 % L i f t : sus ten tac ion de l a nueva aeronave (N)138 % Drag : r e s i s t e n c i a de l a nueva aeronave (N)139 % Pprop : potenc ia que t ransmi te l a h e l i c e a l a i r e (W)140 % Pmotor_out : potenc ia mecanica que genera e l motor (W)141 % Pmotor_in : potenc ia e l e c t r i c a que consume e l motor (W)142 % Cdnes : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo para obtener l a autonomia i n f i n i t a143 % Cdnesxf l r5 : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a maximo mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para
obtener l a autonomia i n f i n i t a144 % E f i n e s _ x f l r 5 : e f i c i e n c i a mediante e l a n a l i s i s en XFLR5 para obtener l a autonomia
i n f i n i t a145 % Clreg : c o e f i c i e n t e de sus tenc iac ion ca lcu lado mediante l a regres ion146 % Cdreg : c o e f i c i e n t e de r e s i s t e n c i a ca lcu lado mediante l a regres ion147
148 c l ea r
Alejandro Domínguez Moreno 151
ANNEX
149 c lose a l l150 t i c151 UAV= ’PHOENIX−SOLAR ’ ;152 mes = ’ jun ’ ;153 f i lename =[ ’AEROPAR_ ’ ,UAV, ’ . t x t ’ ] ;154 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;155 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %s %s %f %s ’ ) ;156 dat1= f i l e I D 1 ;157 dat2= f i l e I D 2 ;158 aeropar= f i l e I D 3 ;159 dat4= f i l e I D 4 ;160 mto_or ig=aeropar ( 1 ) ;161 Sw_orig=aeropar ( 2 ) ;162 v c r d i s =aeropar ( 3 ) ;163 hdis=aeropar ( 4 ) ;164 cd0_or ig=aeropar ( 5 ) ;165 k1a_or ig=aeropar ( 6 ) ;166 k2a_or ig=aeropar ( 7 ) ;167 CLmax=aeropar ( 8 ) ;168 c_or ig=aeropar ( 9 ) ;169 b_or ig=Sw_orig / c_or ig ;170 cdbody=0.176385* aeropar (10) ;171 Sv_or ig=aeropar (11) ;172 l t _ o r i g =aeropar (12) ;173 Sh_orig=aeropar (13) ;174 mbase=aeropar (14) +(0.495−0.320+0.216−0.045) ;175 wskindens=aeropar (15) ;176 tdens=aeropar (16) ;177 d in_o r i g =aeropar (17) ;178 dout_or ig=aeropar (18) ;179 espar_or ig=aeropar (19) ;180 gros_or ig =0.104;181 ch_or ig = aeropar (21) ;182 bh_or ig=Sh_orig / ch_or ig ;183 cv_or ig = aeropar (22) ;184 bv_or ig=Sv_or ig / cv_or ig ;185 l t edge_o r i g = l t _ o r i g +c_or ig /4−ch_or ig / 4 ;186 f c l o s e ( f i l e ) ;187
188 %Calculo de los c o e f i c i e n t e s de cola189 Vh=Sh_orig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * c_or ig ) ;190 Vv=Sv_or ig * l t _ o r i g / ( Sw_orig * b_or ig ) ;191
192 % A l t i t u d193 h=1000;194 h_s t r=num2str ( h ) ;195 Ts l =288.15;196 a l f a i s a =1−6.5e−3*h / Ts l ;197 dens=1.225* a l f a i s a ^4.252;198 Pres=101325* a l f a i s a ^5.256;199 Ta= a l f a i s a * Ts l ;200 mu=(1.458e−6*Ta ^0 .5 ) / (1+110 .4 / Ta ) ; % Ley de Suther land201 nu=mu/ dens ;202 Re_orig=c_or ig * v c r d i s * dens /mu;
216 f o r i =1: nv ;217 v _s t r =num2str ( vcrv ( i ) ) ;218 Re( i ) =vcrv ( i ) * c_or ig * dens /mu;219 f i lename =[ ’ evo4− ’ , v_s t r , ’ .0− ’ , h_st r , ’ . t x t ’ ] ;220 f i l e =fopen ( f i lename , ’ r ’ ) ;221 f i l e I D = tex tscan ( f i l e , ’ %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f %f
’ ) ;222 alpha ( : , i ) = f i l e I D 1 ;223 CL ( : , i ) = f i l e I D 2 ;224 CD( : , i ) = f i l e I D 5 ;225 f c l o s e ( f i l e ) ;226 i f ngrad==2227 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) ] = po lar_reg (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin , rmax ) ;228 k4a ( i ) =0;229 k3a ( i ) =0;230 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;231 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;232 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody ;233 e l s e i f ngrad==4234 [ cd0 ( i ) , k1a ( i ) , k2a ( i ) , k3a ( i ) , k4a ( i ) ] = polar_reg_4 (CL ( : , i ) ,CD( : , i ) , rmin ,
rmax ) ;235 k4a ( i ) =k4a ( i ) * 1 . 2 ;236 k3a ( i ) =k3a ( i ) * 1 . 2 ;237 k2a ( i ) =k2a ( i ) * 1 . 2 ;238 k1a ( i ) =k1a ( i ) * 1 . 2 ;239 cd0 ( i ) =cd0 ( i ) *1.2+ cdbody ;240 end241 end242
243 n=1000; % numero de puntos244
245 % Rendimientos246 rendmppt =0.97;247 rendbm=0.995;248 rendb =0.9987;249 rendesc =0.99;250 rendm =0.93;251 i f h==100252 rendp = [ 0 . 8 1 , 0 . 8 4 ,0 . 7 2 , 0 . 8 5 ] ;253 e l s e i f h==1000254 rendp = [ 0 . 8 , 0 . 8 4 , 0 . 6 9 , 0 . 8 6 ] ;
278 sigma=5.67e−8;279 a l f a =0.88;280 e p s i l =0 .8 ;281 a l f a _ p i n t =0.14;282 e p s i l _ p i n t =0.93;283
284
285 f o r i =1:nh286 t ( i ) = i −1;287 J ( i ) =J_h ( t ( i ) ,mes) ;288 Tsup= Tc ie lo ;289 Tbool =0;290 nconv =10;291 whi le Tbool==0292 P_S( i ) =eta_JT ( J ( i ) , Tsup−273) * J ( i ) ;293 al fa_conv =0;294 Tm=( Tc ie lo +Tsup ) / 2 ;295 mu_conv=(1.458e−6*Tm^0 .5 ) / (1+110 .4 /Tm) ;296 cp=1031.5−0.210*Tm+4.143e−4*Tm^2;297 lambda=2.728e−3+7.776e−5*Tm;298 dens_conv=Pres / (287*Tm) ;299 Pr=mu_conv* cp / lambda ;300 f o r j =1: nconv ;301 Re_conv= j * c_or ig / nconv * vcrv ( 1 ) * dens_conv / mu_conv ;302 Nussel t =0.664*Re_conv ^0 .5* Pr ^ ( 1 / 3 ) ;303 a_conv=Nussel t * lambda / ( j * c_or ig ) / nconv ;304 al fa_conv=al fa_conv+a_conv ;305 end306 conv1=P_S( i ) *(1− rendelec ( 1 ) ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;307 conv2 = ( ( J ( i ) * a l f a−P_S( i ) ) +0.33* J ( i ) * a l f a _ p i n t ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;308 conv3=−(a l fa_conv * ( Tsup−Tc ie lo ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 154
ANNEX
309 T( i ) =( conv1+conv2+conv3 +( Tc ie lo ) ^4) ^ ( 1 / 4 ) ;310 i f abs (T ( i )−Tsup ) <1e−5311 Tbool =1;312 else313 Tsup=T( i ) ;314 end315 end316
317 end318
319
320 cbat =0.7176;321 ocup =1.005;322
323 Ea_S=cumsum(P_S) ;324 batmas_S=max(Ea_S) /550* cbat ;325 Sce l l =0.00098;326 Spanel= Sc e l l *20 ;327 mcel l =180e−6;328
351 % Calculo de l a carga a l a r maxima permi t i da para tener autonomia i n f i t a a 8 m/ s352 fPto_mto= @( carga ) Pto_mto_cruise_4 ( carga , vcrv ( 1 ) , rend ( 1 ) , cd0 ( 1 ) , k4a ( 1 ) , k3a ( 1 ) , k2a
( 1 ) , k1a ( 1 ) , dens , Pto_Pcr ) ;353 fEabs_mto=@( carga )Ea_S(24) . * ocup . / carga ;354 fEcons_mto=@( carga ) fPto_mto ( carga ) . / Pto_Pcr *nh ;355 fEeq_mto=@( carga ) fEabs_mto ( carga )−fEcons_mto ( carga ) ;356 cargamax= f s o l v e ( fEeq_mto , 5 ) ;357 cargamax_perdida =0.5* dens * vcrv ( 1 ) ^2*CLmax / 9 . 8 1 ;358
359 % Calculo de l a carga a l a r que requ ie re minima potenc ia360 [ Econs_mto_min , pos ]= min ( Econs_mto ( : , 1 ) ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 155
ANNEX
361 mto_Sw_min=mto_Sw( pos ) ;362
363 % Calculo de las modi f i cac iones364 AR=12.8*2;365 ARh=2;366 cdens=1580;367 l r a t i o = l t _ o r i g / b_or ig ;368 fb=@(S) s q r t (AR*S) ;369 f c =@(S) S / s q r t (S*AR) ;370 f l t =@(S) fb (S) * l r a t i o ;371 fSv=@(S) Vv . * S . * fb (S) . / f l t (S) ;372 fSh=@(S) Vh . * S . * f c (S) . / f l t (S) ;373 fbh=@(S) s q r t (ARh* fSh (S) ) ;374 f ch=@(S) fSh (S) / fbh (S) ;375 L=@(S) f l t (S) + fch (S) *3/4+ f c (S) * 1 / 8 ;376 fMspar=@(S) 2* espar_or ig * fb (S) * f c (S) * g ros_or ig * cdens ;377 fMbar=@(S) 2* p i / 4 * ( dou t_or ig^2−d in_o r i g ^2) *L (S) * cdens ;378 fSso la r =@(S) 227*Spanel ;379 m=@(S) fMspar (S) +fMbar (S) +mbase+ fSso la r (S) . / Sce l l * mcel l+batmas_S . * fSso la r (S) +S*
wskindens+fSv (S) . * tdens . *2+ fSh (S) . * tdens ;380 f carga=@(S) m(S) . / S ;381 opt ions = opt imset ( ’ D isp lay ’ , ’ i t e r ’ , ’ TolFun ’ , 1e−10, ’ TolX ’ , 1e−8) ; % Disp lay
i t e r a t i o n s , se t to le rances382
383 % Nuevos parametros384 Sw=Sw_orig ;385 mto=mto_or ig ;386 b= fb (Sw) ;387 c= f c (Sw) ;388 Sv=fSv (Sw) ;389 Sh=fSh (Sw) ;390 bh=fbh (Sw) ;391 ch=fch (Sw) ;392 cv=ch ;393 bv=Sv / cv ;394 l t = f l t (Sw) ;395 l t edge= l t +c/4−ch / 4 ;396 Ssolar= fSso la r (Sw) ;397 vs= s q r t ( mto /Sw/max(CL ( : , 1 ) ) *2 *9 .81 / dens ) ;398 bat =3.280;399
400 % Nuevos r e q u i s i t o s energet icos y de potenc ia401 ve l =1;402 renddia=rend . / rendb ;403 Pcdia=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , renddia , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;404 Pcnoche=mto . * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, vcrv , rend , cd0 , k4a , k3a , k2a , k1a , dens , Pto_Pcr ) ;405 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) +Pconboard ;406 E_tv=zeros ( nv , nh ) ;407 E i n i =0;408 Enoche=0;409 E_t= E i n i ;410 Eabs=Ea_S(24) * Ssolar ;411 Pa=Eabs / nh ;
Alejandro Domínguez Moreno 156
ANNEX
412 dias =2;413 tnoche =0;414 f o r d ia =1: d ias415 f o r i =1:24416 Pin=P_S( i ) * Ssolar ;417 i f Pcdia >Pin418 Enoche=Enoche+Pin−Pcnoche−Pconboard ;419 E_t=E_t+Pin−Pcnoche−Pconboard ;420 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;421 tnoche=tnoche +1;422 else423 E_t=E_t+Pin−Pcdia−Pconboard ;424 E_tv ( : , i +( dia −1) *24)=E_t ;425 end426 end427 end428 Enoche=Enoche / d ias ;429 tnoche=tnoche / d ias ;430 E i n i=−min ( E_tv , [ ] , 2 ) ;431 cbat=(−Enoche ) / Eabs / ( rendbm* rendmppt ) ;432 Pdisnoche =0.75* bat *550/ tnoche ;433
434 Clc r =2. * mto . * 9 . 8 1 . /Sw . / dens . / vcrv . ^ 2 ;435 L i f t =0 .5 . * dens . * vcrv . ^ 2 . *Sw. * C lc r ;436 Cdcr=cd0+k1a . * C lc r+k2a . * C lc r .^2+ k3a . * C lc r .^3+ k4a . * C lc r . ^ 4 ;437 Pdrag=Cdcr . * 0 . 5 . * dens . * vcrv . ^ 3 . *Sw;438 Drag=Pdrag . / vcrv ;439 Pprop=Pdrag ;440 Pmotor_out=Pprop . / rendp ;441 Pmotor_in=Pmotor_out . / rendm ;442 Cdnes=2.*Pa* rend . / dens . / vcrv . ^ 3 . /Sw;443 Cdnesxf l r5 =(Cdnes−cdbody ) . / 1 . 2 ;444 E f i n e s _ x f l r 5 =Clc r . / Cdnesxf l r5 ;445
446 f i lename= ’AEROPAR_PHOENIX−SOLAR−Payload . t x t ’ ;447 f i l e =fopen ( f i lename , ’w ’ ) ;448 f i l e I D 1 =dat1 ;449 f i l e I D 2 =dat2 ;450 f i l e I D 4 =dat4 ;451 aeropar ( 1 ) =mto ;452 aeropar ( 2 ) =Sw;453 aeropar ( 3 ) =vcrv ( 1 ) ;454 aeropar ( 4 ) =h ;455 aeropar ( 5 ) =cd0 ( 1 ) ;456 aeropar ( 6 ) =k1a ( 1 ) ;457 aeropar ( 7 ) =k2a ( 1 ) ;458 aeropar ( 8 ) =max(CL ( : , 1 ) ) ;459 aeropar ( 9 ) =c ;460 aeropar (11)=Sv ;461 aeropar (12)= l t ;462 aeropar (13)=Sh ;463 aeropar (20)=gros_or ig ;464 aeropar (21)=ch ;465 aeropar (22)=cv ;
Alejandro Domínguez Moreno 157
ANNEX
466 f i l e I D 3 =aeropar ( : ) ;467 f i l e I D = f i l e I D 1 ( : ) , f i l e I D 2 ( : ) , f i l e I D 3 ( : ) , f i l e I D 4 ( : ) ;468
469 f o r i =1: leng th ( aeropar )470 f p r i n t f ( f i l e , ’ %s %s %d %s \ r \ n ’ , f i l e I D 1 i , f i l e I D 2 i , f i l e I D 3 ( i ) , f i l e I D
4 i ) ;471 end472 f c l o s e ( f i l e ) ;473
474 f i g u r e ( 1 )475 p l o t (mto_Sw , Econs_mto , mto_Sw , Eabs_mto , ’ r ’ , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;476 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;477 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;478 y l a b e l ( ’ Energ . cons . / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;479 legend ( ’ Energia consumida a 8 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 9 m/ s ’ , ’ Energia consumida
a 7 m/ s ’ , ’ Energia consumida a 16 m/ s ’ , ’ Energia absorbida ’ , ’ Carga a l a r ac tua l ’ )480 ax is ( [ 0 7 0 500] )481 f ig1name =[ ’ Energia vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;482 p r i n t ( fig1name , ’−dpng ’ ) ;483
484 f i g u r e ( 2 )485 p l o t (mto_Sw , Eeq_mto , [ mto_Sw_UAV, mto_Sw_UAV ] , [ 0 20000]) ;486 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de
crucero a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;487 x l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;488 y l a b e l ( ’ Balance / mto (Wh/ kg ) ’ ) ;489 legend ( ’ Balance a 8 m/ s ’ , ’ Balance a 9 m/ s ’ , ’ Balance a 7 m/ s ’ , ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’
Carga a l a r ac tua l ’ )490 ax is ( [ 0 7 0 500] )491 f ig2name =[ ’ Balance vs carga a l a r a d i f e r e n t e s veloc idades de crucero ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,
mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;492 p r i n t ( fig2name , ’−dpng ’ ) ;493
494 f i g u r e ( 3 )495 p l o t ( 1 : nh * dias , E_tv ( 4 , : ) + E i n i ( 4 ) , [ 0 nh* d ias + 1 ] , [ bat *550 bat *550 ] ) ;496 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;497 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;498 y l a b e l ( ’ Balance (Wh) ’ ) ;499 legend ( ’ Balance a 16 m/ s ’ , ’ Energia maxima almacenable en las ba te r i as ’ ) ;500 f ig3name =[ ’ Balance energe t ico ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;501 p r i n t ( fig3name , ’−dpng ’ ) ;502
503 f i g u r e ( 4 )504 s= l inspace (1 ,10 ,n ) ;505 f o r i =1:n506 carg ( i ) = fcarga ( s ( i ) ) ;507 end508 p l o t ( s , carg , [ 0 2 0 ] , [ cargamax cargamax ] , [ 0 2 0 ] , [ cargamax_perdida cargamax_perdida ] )509 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;510 x l a b e l ( ’ S u p e r f i c i e a l a r (m^2) ’ ) ;511 y l a b e l ( ’ Carga a l a r ( kg /m^2) ’ ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 158
ANNEX
512 legend ( ’ Carga a l a r minima ’ , ’ Carga a l a r maxima con balance p o s i t i v o de energia ’ , ’Carga a l a r maxima s in e n t r a r en perd ida a 8 m/ s ’ )
513 ax is ( [ 0 10 0 7 ] )514 f ig4name =[ ’ Carga a l a r vs S u p e r f i c i e a l a r ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;515 p r i n t ( fig4name , ’−dpng ’ ) ;516
517 f i g u r e ( 5 )518 v= l inspace (7 ,20 ,n ) ;519 Pc_v=fPc_v ( v ) ;520 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 350 ] , [5 16 ] , [ Pa Pa ] , vcrv , Pcnoche+Pconboard , ’ o ’ ) ;521 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;522 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;523 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;524 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 8 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia consumida ’ )525 ax is ( [ 7 20 0 300] )526 f ig5name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;527 p r i n t ( fig5name , ’−dpng ’ ) ;528
529 % Comprobacion de l a po la r530 Clreg= l inspace ( −1.5 ,1.5 ,n ) ;531 ve l =4;532 Cdreg=cd0 ( ve l ) +k1a ( ve l ) . * Clreg+k2a ( ve l ) . * Clreg .^2+ k3a ( ve l ) . * Clreg .^3+ k4a ( ve l ) . *
Clreg . ^ 4 ;533 f i g u r e ( 6 )534 p l o t ( Clreg , Cdreg ,CL ( : , ve l ) ,CD( : , ve l ) . * 1 .2+ cdbody ) ;535 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Po lar a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;536 x l a b e l ( ’CL ’ ) ;537 y l a b e l ( ’CD ’ ) ;538 ax is ([−1 1.5 0 0 . 1 ] )539 legend ( ’ Regresion po la r ’ , ’ Po lar a n a l i s i s XFLR5 cor reg ida ’ )540 f ig6name =[ ’ Polar ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;541 p r i n t ( fig6name , ’−dpng ’ ) ;542
543 f i g u r e ( 7 )544 p l o t ( 1 : nh * dias , ( E_tv ( 4 , : ) + E i n i ( 4 ) ) / mto ) ;545 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Balance energe t ico ho ra r i o por unidad de masa a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ) ;546 x l a b e l ( ’ hora ’ ) ;547 y l a b e l ( ’ Balance (Wh/ kg ) ’ ) ;548 legend ( ’ Balance a 16 m/ s ’ ) ;549 f ig7name =[ ’ Balance energe t ico por unidad de masa ho ra r i o ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ ,
h_st r , ’m ’ ] ;550 p r i n t ( fig7name , ’−dpng ’ ) ;551
552 f i g u r e ( 8 )553 v= l inspace (7 ,20 ,n ) ;554 ve l =4;555 fPc_v=@( v ) mto * Pto_mto_cruise_4 ( mto /Sw, v , rend ( ve l ) , cd0 ( ve l ) , k4a ( ve l ) , k3a ( ve l ) , k2a (
ve l ) , k1a ( ve l ) , dens , Pto_Pcr ) +Pconboard ;556 Pc_v=fPc_v ( v ) ;557 p l o t ( v , Pc_v , [ vs vs ] , [ 0 500 ] , [5 20 ] , [ Pa Pa ] , [ 5 2 0 ] , [ Pdisnoche Pdisnoche ] , vcrv ,
Pcnoche+Pconboard , ’ o ’ ) ;558 t i t l e ( [ UAV, ’ − Mes : ’ ,mes ] ; [ ’ Potencia consumida vs ve loc idad a ’ , h_st r , ’m ’ ] ) ;
Alejandro Domínguez Moreno 159
ANNEX
559 x l a b e l ( ’ Velocidad de crucero (m/ s ) ’ ) ;560 y l a b e l ( ’ Potencia consumida (W) ’ ) ;561 legend ( ’ Potencia consumida con l a e f i c i e n c i a de l a n a l i s i s a 16 m/ s ’ , ’ Velocidad de
entrada en perd ida ’ , ’ Potencia absorbida ’ , ’ Potencia d i spon ib l e durante l a noche’ , ’ Potencia consumida ’ )
562 ax is ( [ 7 20 0 500] )563 f ig8name =[ ’ Potencia consumida vs ve loc idad ’ , ’ _ ’ ,UAV, ’ _ ’ ,mes , ’ a ’ , h_st r , ’m ’ ] ;564 p r i n t ( fig8name , ’−dpng ’ ) ;565
566 toc
I.6.4.1. Resultados
Figura I.6.12: Balance energético a 16 m/s durante el mes de junio a 1000 m dealtura
Alejandro Domínguez Moreno 160
ANNEX
Figura I.6.13: Potencia consumida en función de la velocidad durante el mes dejunio a 1000 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 161
ANNEX
Figura I.6.14: Potencia consumida en función de la velocidad durante el mes dejunio a 100 m de altura
Alejandro Domínguez Moreno 162
ANNEX
I.7. Equilibrio térmico
Realizando la hipótesis de que el ala es una placa plana, es posible calcular la
temperatura superficial mediante un equilibrio térmico con el fin de comparar el
resultado con la hipótesis de que los paneles se encuentran a la temperatura del
aire. El equilibrio considera únicamente las trasmisiones de calor por radiación y
convección debido a que son las predominantes en la superficie.
En el extradós, considerando que este está formado exclusivamente por células
fotovoltaicas de GaAs, incide la diferencia entre la radiación solar absorbida y la
radiación solar que se transforma en energía eléctrica, mientras que se emite ra-
diación debido a la diferencia de temperatura entre los paneles y el cielo y calor de
convección por la diferencia con la temperatura del aire.
En cuanto al intradós, se le aplica una capa de pintura blanca con el fin de aumentar
la emisividad y lograr una menor temperatura de equilibrio del ala. Además de
emitir calor de convección y radiación, recibe la radiación solar que refleja la Tierra,
un albedo de 0.33 [10].
Por último, ambas superficie disipan el calor de las pérdidas que generan todos los
componentes eléctricos:
Qperdidas = Qabsorbida·(1− ηelec) (11)
Siendo:
ηelec = ηMPPT ·ηBM ·ηbat·ηESC ·ηm (12)
De esta manera, el equilibrio térmico se representa de la siguiente manera:
Debido a que tanto la energía solar transformada, como el calor por convección,
dependen de la temperatura de los paneles, se realiza un proceso iterativo en
MATLAB mediante el metido de Gauss-Seidel para solucionar el equilibrio térmico
y conocer la temperatura de los paneles.
I.7.1. Implementación en MATLAB
Alejandro Domínguez Moreno 163
ANNEX
1 f o r i =1:nh2 t ( i ) = i −1;3 J ( i ) =J_h ( t ( i ) ,mes) ;4 Tsup= Tc ie lo ;5 Tbool =0;6 nconv =10;7 whi le Tbool==08 P_S( i ) =eta_JT ( J ( i ) , Tsup−273) * J ( i ) ;9 al fa_conv =0;
10 Tm=( Tc ie lo +Tsup ) / 2 ;11 mu_conv=(1.458e−6*Tm^0 .5 ) / (1+110 .4 /Tm) ;12 cp=1031.5−0.210*Tm+4.143e−4*Tm^2;13 lambda=2.728e−3+7.776e−5*Tm;14 dens_conv=Pres / (287*Tm) ;15 Pr=mu_conv* cp / lambda ;16 f o r j =1: nconv ;17 Re_conv= j * c_or ig / nconv * vcrv ( 1 ) * dens_conv / mu_conv ;18 Nussel t =0.664*Re_conv ^0 .5* Pr ^ ( 1 / 3 ) ;19 a_conv=Nussel t * lambda / ( j * c_or ig ) / nconv ;20 al fa_conv=al fa_conv+a_conv ;21 end22 con1=P_S( i ) *(1− rendelec ( 1 ) ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;23 con2 = ( ( J ( i ) * a l f a−P_S( i ) ) +0.33* J ( i ) * a l f a _ p i n t ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ;24 con3=−(a l fa_conv * ( Tsup−Tc ie lo ) / ( sigma * e p s i l +sigma * e p s i l _ p i n t ) ) ;25 T( i ) =( con1+con2+con3 +( Tc ie lo ) ^4) ^ ( 1 / 4 ) ;26 i f abs (T ( i )−Tsup ) <1e−527 Tbool =1;28 else29 Tsup=T( i ) ;30 end31 end32
33 end
La primera parte del bucle calcula el coeficiente de convección. Éste se calcu-
la a partir de datos empíricos de convección forzada en placas planas para flujo
incompresible y flujo laminar (Re < 5 · 105). En primer lugar, se calculan las propie-
dades termofísicas a la temperatura de película Tm [5]. A continuación, se calcula
el número de Prandtl y localmente, el número de Reynolds y Nusselt en diferen-
tes puntos de la cuerda, para obtener finalmente el coeficiente de transferencia de
calor por convección total.
Una vez se obtiene el coeficiente, se calcula la temperatura de la superficie a par-
tir de la temperatura supuesta y los coeficientes de los materiales (Tabla I.7.1).
Si la diferencia entre la temperatura resultante y la supuesta es mayor que 10−5
-margen de error-, se repite todo el procedimiento adoptando la temperatura resul-
tante como la nueva supuesta. El bucle finaliza cuando la diferencia entre ambas
temperaturas es menor al margen de error impuesto.
En lo referente al fuselaje, estabilizador vertical y horizontal, el material utilizado es
Menzolit®.
Alejandro Domínguez Moreno 209
ANNEX
Densidad (g/cm3) 0.810Tensión última de rotura (MPa) 13Límite elástico (MPa) 13Elongación el límite elástico 0.70 %
Módulo elástico (GPa) 3.4Tensión de rotura a flexión (MPa) 50Módulo de flexión (GPa) 3Coeficiente de Poisson 0.3Módulo de cizalladura (GPa) 1.3Energia impacto de Charpy(J/cm2) 1.9
Tabla IV.1.2: Propiedades del Menzolit®
Las propiedades de ambos materiales (Tabla IV.1.1 y Tabla IV.1.2) han sido extraí-
das del Technical Sheet del proyecto Phoenix.
IV.1.2. Hipótesis del estudio
El estudio analítico se realiza en la condición más representativa de la aeronave,
vuelo en crucero. En esta condición, el ala se ve afectada por los esfuerzos causa-
dos por la sustentación, la resistencia aerodinámica y su propio peso. Las barras
ala-cola, se ven afectadas por el peso y la sustentación de la cola, así como su
propio peso. En cuanto al fuselaje, sufre los esfuerzos causados por su propio pe-
so y el de los componentes de su interior. Las demás condiciones estudiadas en
la aeronave original no resultan importantes para un UAV de estas características,
con autonomía infinita, pues está diseñado para pasar prácticamente la totalidad
del tiempo de vuelo en la condición de crucero.
Los componentes estudiados experimentan principalmente los efectos de la fle-
xión. En el caso del ala, la torsión podría tener un papel importante. Sin embargo,
al incrementar el alargamiento, la envergadura del ala aumenta significativamente
mientras que la cuerda decrece relativamente. De esta manera, los efectos de la
flexión del ala se ven incrementados en gran medida, al contrario que los de la tor-
sión, cuyo valor decrece proporcionalmente con la disminución de la cuerda. Por
este motivo, el estudio del ala se centra únicamente en el fenómeno de la flexión y
se considera la hipótesis de que la torsión no es crítica para el ala modificada de
gran alargamiento.
Para simplificar los cálculos del ala, se modelizan los largueros a modo de dos vi-
gas, piezas prismáticas, y no como parte de un cajón de torsión. De esta manera,
se hace posible estudiar los efectos de la flexión, con la desventaja de no tener en
Alejandro Domínguez Moreno 210
ANNEX
cuenta los efectos de la torsión. Sin embargo, como se ha mencionado anterior-
mente, se espera que la torsión devenga poco significativa frente la flexión. Cabe
indicar que el motivo por el cual se descarta la modelización del ala como un cajón
de torsión, es que los largueros tienen forma de ‘I’. Este hecho se traduce en que
tienen un área de sección uniforme, y no concentrado en los extremos, como en el
caso de los largueros en forma de ‘L’ o ‘T’, dificultando así su representación como
los cordones del cajón.
Así pues, para evitar que la modelización y la hipótesis resulten imprecisas, se
elabora un estudio de la aeronave original, con el fin de encontrar una correlación
entre los resultados obtenidos analíticamente y los obtenidos por el grupo Phoenix
–a través del software de elementos finitos ANSYS- en dos condiciones: crucero
y estática. Por tanto, comparando los resultados obtenidos en ambas condiciones,
se espera encontrar una relación constante entre la tensión máxima analítica y la
computacional. De ser así, la modelización del ala y la hipótesis de la importancia
de la flexión se darían como válidas, y sería posible calcular la tensión máxima
hipotética, del ala modificada en la condición de crucero, mediante la relación en-
contrada a partir del resultado analítico.
En cuanto a la modelización de las barras de unión ala-cola y el fuselaje, la con-
sideración de pieza prismática resulta en principio lo suficientemente precisa para
nivel de profundidad de este estudio debido a sus geometrías y las fuerzas aplica-
das.
IV.1.3. La pieza prismática
La pieza prismática es un sólido elástico sobre el cual trabaja la Resistencia de
Materiales. A su vez, la Resistencia de Materiales es una simplificación de la Teoría
de la Elasticidad, pero sus resultados son de un nivel de precisión suficiente para
la mayor parte de los casos prácticos [32].
Las hipótesis generales aplicadas son las siguientes:
· Pequeños desplazamientos y deformaciones.
· Principio de superposición de efectos.
· Principio de Saint-Venant.
· Hipótesis de Navier-Bernouilli.
Alejandro Domínguez Moreno 211
ANNEX
Sin embargo, se pueden determinar las tensiones que existen en las secciones
sin resolver el problema elástico a partir de los esfuerzos [34]. Mediante las ecua-
ciones de los momentos flectores se obtiene la ecuación del cálculo de la tensión
cuando hay se aplica flexión (Ecuación 81), si el sistema de ejes coincide con las
direcciones principales de inercia, como es el caso de los distintos elementos es-
tudiados:
σ = −Mz
Iz·y +
My
Iy·z (81)
De aquí, se obtiene el factor de seguridad como:
Fs =σmaxpermisible
σ(82)
Para que sea válida la Ecuación 82, se debe cumplir que el punto de máxima
solicitación no se vea sometido a tensión cortante.
En el caso del material compuesto, la σmaxpermisiblees el límite de tensión, que se
diferencia según si el esfuerzo es a tracción o compresión. En el caso del mate-
rial plástico, es el valor de la tensión última de rotura, pues por la naturaleza del
material, dicha tensión coincide con la tensión de límite elástico. Al igual que en la
aeronave original, el factor de seguridad mínimo admisible es de 1.5.
Alejandro Domínguez Moreno 212
ANNEX
IV.2. Estudio preliminar
La finalidad de este análisis preliminar es la de limitar el alargamiento de las dife-
rentes alas según el perfil utilizado durante el estudio aerodinámico del ala [Véase
apartado II.1]. El estudio se basa en la proporción de la tensión máxima en función
del fenómeno más crítico que soporta el ala en la condición de crucero, la flexión
debido a la sustentación y el peso del ala. A partir de la Ecuación 81, se obtiene:
σ ∝ Carga Alar·b2·(c·tperfil)(c·tperfil)3
(83)
Hay que tener en cuenta, que el momento de una carga distribuida, como es el ca-
so de la sustentación y el peso del ala, se relaciona con el cuadrado de la distancia,
y esta está relacionada con la envergadura. La carga distribuida se considera que
es proporcional a la carga alar. Además, se sabe que la altura de los largueros
varía según el grosor del perfil, y este es igual a c·tperfil. De ahí su presencia en
lugar de y en el cálculo de la inercia. En el cálculo de la inercia no se incluye el
espesor de los largueros porque es una constante, al no variar el número de capas,
manteniéndose en 8.
De esta manera, referenciando todos los cálculos al ala original, del cual se cono-
ce su factor de seguridad, se puede obtener un resultado bastante aproximado del
factor de seguridad de las nuevas alas suponiendo un factor de proporcionalidad
constante (Ecuación 84). Debido a que se trata de un cálculo preliminar y apro-
ximado, se consideran como válidos, factores de seguridad superiores a 2.5 para
incrementar el margen de seguridad de los resultados.
VII.1.3. Estimación de los costes de las fuentes de energía
Debido a que el fabricante que elabora las células fotovoltaicas seleccionadas no
facilita el coste de su producto, se lleva a cabo una estimación de su coste. A
partir de un estudio que calcula los coste de producción comercial de células de
GaAs[14],- misma tecnología que la de Alta Devices-, se evalúan los costes con un
factor de seguridad de 2.
Para el cálculo de la potencia producida por los paneles, se estima como el produc-
to entre el número de células totales, 4540, por la potencia generada por cada cel-
da en condiciones estándar, 25 C y 1000 W/m2 de irradiación solar, 246.5 mW [4].
Células fotovoltaicasPrecio Unitario Potencia2.57 C/W 1119.11 W
Coste total2880.59 C
Tabla VII.1.3: Coste de las células fotovoltaicas
Para estimar el precio de las baterías, debido a que se encuentran en fase de
desarrollo, se tiene en cuenta las predicciones realizas a cerca de la tecnología
Li-S. Se espera que tengan un coste incluso menor que las de Li-ion [8]. De esta
manera, se considera que el precio será el mismo que el de una batería de voltaje
similar.1
BateríasPrecio Unitario Cantidad72 C/u 40Coste total2880 C
Tabla VII.1.4: Coste de baterías
VII.1.4. Presupuesto del UAV modificado
A partir de las estimaciones anteriores, los componentes que se mantiene respecto
el original, y teniendo en cuenta los precios de los distintos componentes terciarios
introducidos (motor2, hélice3, Sistema de Gestión de Energía Solar4 y la cámara5),1Fuente:http://www.batteryspace.com/li-ion-18650-battery-18-5v-2600mah-48-1wh-7-0a-rate-
se obtiene una estimación del coste del UAV modificado.
Ítem Coste (e)Fibra de carbono (M21/41 Prepreg) 6039Poliéster 1Materiales 6040Motor 209Hélice 24Baterías 2880Células fotovoltaicas 2881Propulsión 5994Sistema de Gestión de Energía Solar 16Transmisor y receptor 88Cámara 4900Autopiloto 3900Sistemas 8904Estación de control 6900TOTAL 27900
Tabla VII.1.5: Coste del UAV modificado
Alejandro Domínguez Moreno 252
ANNEX
VII.2. Estudio de mercado
En el panorama actual del mercado de los UAV solares, se pueden observar dos
tipos de aeronave bien diferenciadas, tanto en aplicaciones, como en precio.
En primer lugar, se encuentran los UAV solares de pequeñas dimensiones y bajo
peso, menos de 25 kg, cuyos campos de aplicación son similares a los de la aero-
nave de este estudio. Se caracterizan por tener una mayor autonomía frente a UAV
convencionales y un precio no superior a los 400000 e(Tabla VII.2.1).
Por otro lado, están los UAV solares de gran altitud, los cuales se encuentran en
fase de desarrollo y son de gran interés debido a su competitividad frente a los
satélites en el campo de las telecomunicaciones. No obstante, el precio de este
tipo de aeronave supera el millón de euros.
Así pues, se decide buscar precios de venta de aeronaves solares de una masa
menor a 25 kg, debido a tener una mayor similitud con el UAV modificado obtenido
Tabla VII.2.1: Precio de venta de aeronaves similares
Las aeronaves que se toman como ejemplo para llevar a cabo la comparación son
el Silent Falcon y el RQ-20A Puma AE®. Cabe decir, que aunque logran un gran
autonomía, ninguna de las dos obtiene la autonomía infinita [31][25].
Alejandro Domínguez Moreno 253
ANNEX
ANEXO VIII
IMPACTO AMBIENTAL
Alejandro Domínguez Moreno 254
ANNEX
Debido a que el UAV modificado cuenta con un sistema de propulsión eléctrica
alimentado por paneles fotovoltaicos, la aeronave no emitiría ningún tipo de gas
contaminante para la atmósfera.
Gracias a su capacidad para realizar vuelos ininterrumpidos, podría permanecer
volando durante días, semanas y meses generando 0 kg de CO2 . Asimismo, no se
generaría ningún tipo de residuo sólido, pues posee una batería recargable, esto
es, es posible su reutilización. Por lo tanto, éstos serían algunos de los grandes
beneficios a obtener mediante las modificaciones realizadas.
Por otro lado, uno de los campos de aplicación posibles para este UAV sería el
de apoyo aéreo durante las campañas de extinción de incendios. Por ello, podría
evitar la propagación de fuegos, así como también sería de gran ayuda a la ho-
ra de extinguirlos. Cada fuego extinguido significa una importante disminución de
pérdidas de flora y fauna en el terreno; es decir, conllevaría un beneficio extra pa-
ra el ecosistema, puesto que además de no perjudicarlo, también contribuiría a
protegerlo.
Otro de los beneficios del sistema de propulsión eléctrico es que el motor produce
unos niveles de contaminación acústica menores a los que produciría un motor de
combustión. Además, gracias a la alta eficiencia de la aeronave, las revoluciones a
las que debe girar la hélice para llevar a cabo el vuelo son muy bajas, favoreciendo
así la reducción del ruido.
Alejandro Domínguez Moreno 255
ANNEX
ANEXO IX
PLANIFICACIÓN
Alejandro Domínguez Moreno 256
ANNEX
IX.1. Calendario de planificación inicial
1. Estudio previo
a) Estudio del estado del arte: Identificación de los principales UAVs que
se encuentran en el mercado, así como la tecnología en que se basan.
b) Definición de los requisitos: Definición de los requisitos del proyecto a
partir del estado del arte, la normativa y los requerimientos iniciales.
2. Hipótesis inicial
a) Cálculos energéticos previos: Estimaciones preliminares de superficies
de células fotoeléctricas necesarias para obtener autonomía infinita. Cálcu-
los preliminares de sistemas de propulsión eléctrica.
b) Identificación de problemas: A partir de los cálculos energéticos previos
encontrar los factores limitantes en el diseño del UAV para cumplir los
requisitos.
3. Selección de UAV
a) Elección de candidatos: Elección de varios UAVs candidatos para ser
modificados durante el proyecto.
b) Valoración de los candidatos: Mediante los factores limitantes identifica-
dos, realizar una valoración de los candidatos y seleccionar el modelo
más adecuado.
4. Desarrollo de la solución
a) Definición de las modificaciones: Realización de cálculos energéticos
para el UAV seleccionado. Identificación de las modificaciones necesa-
rias para obtener autonomía infinita y cumplir con los requisitos.
b) Características de las modificaciones: Elaboración de las modificacio-
nes que se realizaran en el UAV seleccionado para el cumplimiento de
los requisitos y alcanzar el objetivo.
5. Análisis de las propuestas:
a) Estudio aerodinámico: Análisis computacional de los parámetros aero-
dinámicos modificados en el UAV.
b) Estudio del sistema propulsivo: Análisis de los componentes del sistema
de propulsión eléctrico instalado.
Alejandro Domínguez Moreno 257
ANNEX
c) Estudio de la aviónica: Estudio de las modificaciones en la aviónica de
la aeronave.
d) Estudio estructural: Análisis estructural de las partes modificadas.
e) Estudio de la capacidad de albergar carga de pago: Valoración de la
posibilidad de albergar carga de pago. Realización de un estudio de las
prestaciones con carga.
6. Decisión final
a) Valoración de las soluciones encontradas: Análisis comparativo de las
diferentes modificaciones estudiadas a lo largo del proyecto. Conclusión
final del trabajo.
b) Estudio económico: Elaboración de un presupuesto y un análisis de cos-
tes.
c) Revisión de documentos escritos: Control de calidad de todos los docu-
mentos escritos realizados durante el proyecto.
Alejandro Domínguez Moreno 258
ANNEX
IX.1.1. Tabla de tareas
Código Tarea Duración(horas)
Predecesoras
EP Estudio previo 26EP1 Estudio del estado del arte 13EP2 Definición de requisitos 13HI Hipótesis inicial 26 EP
HI1 Cálculos energéticos previos 14 EPHI2 Identificación de problemas 12 HI1SU Selección de UAV 28 HI
SU1 Elección de candidatos 18 HISU2 Valoración de los candidatos 10 SU1DS Desarrollo de la solución 68 SU
DS1 Definición de las modificaciones 34 SUDS2 Características de las modificaciones 34 DS1AP Análisis de las propuestas 110 DSAP1 Estudio aerodinámico 15 DSAP2 Estudio del sistema propulsivo 50 AP1AP3 Estudio de la aviónica 20 AP2AP4 Estudio estructural 10 AP3AP5 Estudio de la capacidad de
albergar carga de pago15 AP4
DF Decisión final 42DF1 Valoración de las soluciones
encontradas8 AP
DF2 Estudio económico 14DF3 Revisión de documentos
escritos20 AP;DF2
El cómputo inicial de total de horas es de 300.
Alejandro Domínguez Moreno 259
ANNEX
IX.1.2. Diagrama de Gantt
Alejandro Domínguez Moreno 260
ANNEX
IX.2. Desarrollo del trabajo
A continuación, se presenta la tabla de tareas y el diagrama de Gantt que ha sido
desarrollado durante el trabajo. Debido al gran número de modificaciones introdu-
cidas en la aeronave seleccionada, el cómputo total de horas aumenta hasta las
470 horas.
IX.2.1. Tabla de tareas
Código Tarea Duración(horas)
Predecesoras
EP Estudio previo 30EP1 Estudio del estado del arte 15EP2 Definición de requisitos 15HI Hipótesis inicial 35 EP
HI1 Cálculos energéticos previos 25 EPHI2 Identificación de problemas 10 HI1SU Selección de UAV 32 HI
SU1 Elección de candidatos 8 HISU2 Valoración de los candidatos 24 SU1DS Desarrollo de la solución 62 SU
DS1 Definición de las modificaciones 14 SUDS2 Características de las modificaciones 48 DS1AP Análisis de las propuestas 244 DSAP1 Estudio aerodinámico 70 DSAP2 Estudio del sistema propulsivo 80 DSAP3 Estudio de la aviónica 34 DSAP4 Estudio estructural 45 DSAP5 Estudio de la capacidad de
albergar carga de pago15 AP1;AP2;AP3;AP4
DF Decisión final 67 APDF1 Valoración de las soluciones
encontradas25 AP
DF2 Estudio económico 12 APDF3 Revisión de documentos
escritos30 DF1;DF2
El cómputo total de horas es de 470.
Alejandro Domínguez Moreno 261
ANNEX
IX.2.2. Diagrama de Gantt
Alejandro Domínguez Moreno 262
ANNEX
Referencias
[1] Advanced Microwave Products. PSR1 Video / Audio / Data Receiver - Speci-
fications.
[2] Advanced Microwave Products. PST1 PCB Video / Audio / Data Transmitter -
Specifications.
[3] Agencia Estatal de Meterología. RESUMEN MENSUAL DE LA RADIACIÓN
SOLAR. 2013.
[4] Alta Devices. Single Cell Alta Devices produces the highest performance sin-
gle junction solar cells available on the market . page 94085, 2014.
[5] Centre Tecnològic de Transferència de Calor (CTTC-UPC). FORMULAE FOR
THE RESOLUTION OF FLUID DYNAMICS AND HEAT AND MASS TRANS-
FER PROBLEMS. pages 1–26, 2014.
[6] Roberto Francisco Coelho and Denizar Cruz Martins. An Optimized Maximum
Power Point Tracking Method Based on PV Surface Temperature Measure-