Determinación experimental de propiedades másicas de un vehículo aéreo no tripulado

Abstract

El cálculo y análisis del movimiento de un avión a partir de una condición inicial de vuelo, se realiza utilizando las ecuaciones generales de movimiento de un cuerpo en el espacio; ellas se derivan de las Leyes de la Mecánica de Newton, las cuales expresan que la sumatoria de las fuerzas externas es igual a la variación de la Cantidad de Movimiento y que la sumatoria de los momentos de las fuerzas externas es igual a la variación del Momento Cinético, todo ello referido a un sistema de referencia inercial (fijo en el espacio o que se mueva con una trayectoria rectilínea y velocidad constante). Para un vehículo aéreo en vuelo, el movimiento general como cuerpo rígido queda definido por un movimiento de traslación de su Centro de Masas (CG), representado por el vector <i>V</i> y por una rotación Ω alrededor de un eje arbitrario, y de allí la necesidad de conocer con suficiente exactitud la posición de su Centro de Gravedad que también tiene un papel fundamental en la Estabilidad y Control del vehículo. Las ecuaciones de movimiento obtenidas de las Leyes de la Mecánica de Newton contienen derivadas con respecto al tiempo de los momentos de inercia, que variarán permanentemente pues el sistema de referencia permanece paralelo al sistema inercial. Esto introduce complicación para la resolución de las ecuaciones, pues los momentos de inercia serán también una función de la posición del cuerpo en el espacio; para eliminar esta dificultad es conveniente referir las ecuaciones de movimiento en un sistema de referencia fijo al cuerpo, el cual será en general un sistema de referencia acelerado o noinercial. Las Ecuaciones de Euler se desarrollan adoptando un sistema de referencia fijo al cuerpo, de manera que los momentos de inercia y centrífugos permanecen constantes. La resolución del sistema de ecuaciones diferenciales que describen el movimiento de un cuerpo en el espacio, bajo la acción de las fuerzas externas que actúan sobre él, se puede encarar por dos caminos diferentes, uno mediante métodos computacionales de integración numérica, utilizando por ejemplo el método de Runge-Kutta de 4º orden o recurriendo a métodos analíticos para su solución. Dada la naturaleza de las fuerzas que actúan, en especial las aerodinámicas, esta última alternativa es de difícil aplicación, excepto en algunos casos especiales en los cuales se plantean hipótesis simplificativas, que reducen el número de ecuaciones diferenciales simultáneas y linealizan el problema. El Departamento de Aeronáutica de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba actualmente se encuentra en fase de implementación de un Programa de Simulación de Vuelo para su Proyecto VANT, cuyo desarrollo requiere el conocimiento de las propiedades másicas; masa, posición del Centro de Gravedad, momentos de inercia I_X, I_Y y producto de inercia I_XZ del mencionado vehículo. En el caso de emplearse como sistema de referencia los Ejes Principales de Inercia del cuerpo, serán necesarias las propiedades másicas de las ecuaciones correspondientes, es decir, los Momentos de Inercia Principales. Los mismos se obtienen a partir de I_X, I_Y, I_Z e I_XZ.