Desarrollo de un simulador de vuelo de seis grados de libertad del FMA IA-63 Pampa

Abstract

En este trabajo se aborda el desarrollo de un simulador de vuelo de seis grados de libertad del FMA IA-63 Pampa, desde el desarrollo teórico de las ecuaciones de movimiento y el modelado matemático del avión, hasta su implementación contando con una interfaz gráfica y capacidad de interacción en tiempo real. Las ecuaciones de movimiento desarrolladas corresponden a ecuaciones de cuerpo rígido en 3 dimensiones con los 6 grados de libertad, considerando Tierra plana, incorporando efectos de cuerpos rotantes fijos al avión de velocidad angular variable y el modelado lineal de fuerzas aerodinámicas inestacionarias. El modelado matemático del avión comprende sus propiedades másicas, propulsivas, aerodinámicas y sus comandos de vuelo con mayor énfasis en el modelado aerodinámico. El modelo másico tiene en cuenta la masa y el tensor de inercia en función de la cantidad de combustible. El modelado del sistema propulsivo consta de un modelo dinámico y de un modelo de performances que describe el empuje y el consumo de combustible en función del nivel de potencia seleccionado, la altitud de vuelo y el número de Mach de vuelo. El modelo aerodinámico está compuesto por tablas de datos interpoladas que modelan los coeficientes aerodinámicos estacionarios y los coeficientes aerodinámicos inestacionarios más importantes, en general en función del número de Mach de vuelo, ángulo de ataque, ángulo de deslizamiento, y deflexiones de las superficies de control. Además cuenta con coeficientes de corrección debido a elasticidad estructural en función del número de Mach de vuelo. El modelado de los comandos del avión comprende el modelado simplificado de las relaciones de transmisión entre comandos y superficies de control y la cinemática en el dominio temporal de las mismas mediante modelos diferenciales de segundo orden. La implementación del simulador de vuelo en un programa de C++ ejecutable sobre el sistema operativo Windows comprende el desarrollo del núcleo de resolución numérica de las ecuaciones de vuelo utilizando el método de Runge-Kutta de 4to orden, la implementación del modelo aerodinámico y métodos recursivos de interpolación lineal multidimensional, desarrollo de una interfaz gráfica simple utilizando OpenGL y de la aplicación de métodos de control de simulación para permitir simulaciones en tiempo real con interacción de uno o más usuarios.