DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN AVIÓ TELEDIRIGIT
ELÈCTRIC
Curs: 2022-2023
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Resum
Les impressores 3D són capaces de fer coses extraordinàries. En l'actualitat aquestes
es fan servir per a imprimir òrgans o construir cases senceres en qüestió de dies, però,
hem pensat mai si les podem fer servir per a volar?
Com a principiants en l'aeromodelisme, hem assumit el repte d'intentar crear un avió
petit, lleuger i econòmic, i hem redactat tot el procés en aquest treball.
En aquest treball ens endinsarem en les bases teòriques del vol d’un avió i en el seu
disseny. Ens posarem a prova intentant crear un avió accessible que tothom pugui
imprimir fàcilment i que tingui una bona capacitat de vol.
El treball conté una part teòrica i una part pràctica, en la qual dissenyarem,
construirem i provarem l'avió.
Us convidem a entretenir-vos i deixar-vos portar per aquest projecte, i a descobrir si
hem estat capaços d'assolir els nostres objectius o no.
Abstract
3D printers are capable of doing extraordinary things. Nowadays these are used to
print organs or build entire houses in a matter of days, but have we ever thought
about using them to fly?
As beginners in model airplanes, we have taken on the challenge to create a small,
light and cheap airplane, and we have written all of the process in this assignment.
In this project we will go into the theoretical basics of airplane flight and design. We
will test ourselves by trying to create an airplane that everyone can easily print and
that has good flying capabilities.
The work contains a theoretical part, and a practical part, in which we will design,
build and test the airplane.
We invite you to have fun and get carried away by this project, and to find out if we
have been able to achieve our goals or not.
1
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Taula de continguts
1. Introducció
1.1 Què és un avió?
1.2 Història de l'avió
1.3 Les parts de l’avió
2. Part Teòrica
2.1 El control
2.1.1 Forces en el vol
2.1.1.1 Sustentació
2.1.1.2 Empenta
2.1.1.3 Resistència
2.1.1.4 Pes
2.1.2 Càrrega alar
2.1.3 Centre de gravetat
2.1.4 Centre de pressions
2.1.5 Estabilitat
2.1.5.1 Estabilitat estàtica
2.1.5.2 Estabilitat dinàmica
2.1.5.3 Efectes de l’estabilitat
2.1.6 El gir
2.1.7 Guinyada adversa
2.1.7.1 Efecte parell motor
2.1.7.3 Empenta asimètrica
2.1.7.4 Correcció
2.1.8 Terminologia d’ales
2.1.9 Posició de l’ala
2.1.9.1 Baixa
2.1.9.2 Mitja
2.1.9.3 Alta
2.1.9.4 “Shoulder-wing”
2.1.9.5 Para-sol
2.2 Aerodinàmica
2.2.1 El debat de la sustentació
2.2.1.1 Tercera llei de Newton
2.2.1.2 Diferència de pressions
2.2.1.2.1 Principi de Bernoulli
2.2.2 Nombre de Reynolds
2.2.3 Atmosfera
5
6
6
7
9
9
9
9
9
9
10
10
11
12
12
12
13
13
14
15
15
16
16
16
17
17
18
18
18
18
19
19
19
19
19
20
20
2
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2.2.3.1 Pressió atmosfèrica
2.2.3.2 Temperatura
2.2.3.3 Densitat
2.2.4 Angle d’atac
2.2.4.1 Angle d’atac crític
2.2.4.2 Pèrdua
2.2.5 Diedre
2.2.5.1 Efecte diedre
2.2.6 Perfil alar
2.2.6.1 Denominació dels perfils alars
3. Part pràctica
3.1 Components
3.1.1 Motor
3.1.2 Esc
3.1.3 Receptor
3.1.4 Servomotors
3.1.5 Comandament de control remot
3.1.6 Bateria
3.1.7 Hèlix
3.2 Disseny
3.2.1 Objectiu
3.2.2 Programari
3.2.3 Dimensions
3.2.4 Disseny bàsic
3.2.4.1 Creació d’un pla:
3.2.4.2 Sketch:
3.2.4.3 Revolve:
3.2.4.4 Loft:
3.2.4.5 Split:
3.2.4.6 Extrude:
3.2.5 L’avió
3.2.5.1 Fuselatge
3.2.5.2 Ales
3.2.5.3 Estabilitzadors
3.2.5.4 Superfícies de control
3.2.6 Preparació dels components
3.2.6.1 Bateria, ESC i receptor
3.2.6.2 Motor
3.2.6.3 Servos
3.2.6.4 Tren d’aterratge
21
21
21
22
22
22
23
24
24
25
26
26
26
26
27
27
27
28
28
29
29
29
30
30
30
31
31
31
31
31
32
32
32
33
34
34
35
35
35
36
3
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.2.7 Unió de les parts
3.2.8 Iteracions
3.2.8.1 Primera iteració
3.2.8.2 Segona iteració
3.2.8.3 Tercera iteració
3.2.8.4 Quarta iteració
3.2.9 Disseny final
3.3 Construcció
3.3.1 La impressió
3.3.1.1 Impressora 3D
3.3.1.2 Prusa Slicer
3.3.2 El muntatge
3.3.3 Circuit elèctric
3.4 Proves de vol
3.4.1 Primera prova
3.4.2 Segona prova
3.4.3 Tercera prova
3.4.4 Millores
36
37
37
38
38
38
38
39
39
39
40
41
42
42
42
42
43
43
4. Conclusions
45
5. Bibliografia
46
6. Annex
50
6.2
6.1
6.3
6.4
50
52
57
58
Tipus d’ales
Plànols
Posició de les ales en avions multiplans
Pressupost
4
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
1. Introducció
Amb l'arribada de la impressora 3D a la vida quotidiana, més i més gent comença a tenir
accés a aquesta eina tan versàtil. La impressora 3D avui en dia té molts usos, que van des
d'impressions de particulars des del mateix domicili, a àmbits com l'automoció, la indústria,
l'arquitectura o fins i tot en l'àmbit aeroespacial. En l'àmbit de la medicina s'estan utilitzant
per a imprimir òrgans, utilitzant matèria viva com a material d'impressió.
És clar que la impressió 3D ha arribat per quedar-se, i és per això que la volem fer
protagonista del nostre treball. L'objectiu d'aquest treball de recerca és dissenyar un avió
radiocontrol petit que sigui completament funcional, però amb un petit gir. Sabem que aquest
mateix tema ja ha estat explorat prèviament, així que hem decidit que el nostre avió estarà
completament imprès i haurà de ser el més accessible, universal i econòmic possible, per tal
que qualsevol persona que el vulgui recrear, sigui capaç de fer-ho ràpidament i sense
suposar-li un cost molt elevat. A més a més, l'ús d'aquest dispositiu ens ofereix uns quants
avantatges respecte a les alternatives. El principal és la precisió, fent que les peces com el
fuselatge i les ales puguin tindre formes intricades i extravagants, que ajudaran amb
l'aerodinàmica de l'aeronau i permetran que l'avió sigui imprès tantes vegades com faci falta.
Hem decidit triar aquest tema perquè creiem que l'aprenentatge d'un programa de CAD
(disseny assistit per ordinador), l'ús i la familiarització de la impressora 3D i tot el rerefons
teòric necessari per a poder volar un avió ens ajudaran immensament en el grau que vulguem
fer.
Per a assolir el nostre objectiu, hem dividit el treball en dues parts principals; la teòrica i la
pràctica. Per a la part teòrica hem hagut de fer una extensa recerca bibliogràfica, buscant i
contrastant la informació trobada en diferents pàgines web. Cal destacar que la ciència del vol
és extremadament extensa, i recollir tota la informació en un petit treball de cinquanta
pàgines és simplement inassequible. Tot i això, hem fet to el possible per agrupar la
informació que valorem que és més essencial i necessària.
Per a la part pràctica hem hagut que dissenyar i construir diversos prototips per arribar al
nostre producte final. Aquest disseny ha estat creat completament des de zero i sense cap
classe d'inspiració. Això, per molt complicat que hagi estat, ens ha permès allunyar-nos dels
dissenys tradicionals d'avions radiocontrol.
El treball està estructurat en cinc parts. Primer explicarem tot el coneixement necessari per a
poder entendre com es controlen i com volen els avions. Seguidament, entrarem en els
components necessaris per a la construcció del nostre avió radiocontrol, i explicarem com
l'hem dissenyat i com l'hem construït.
A continuació, parlarem sobre les proves de vol que hem efectuat, els resultats d'aquestes, i
els aprenentatges. Finalment, parlarem sobre els resultats obtinguts en aquest treball, i si hem
aconseguit assolir el nostre objectiu.
5
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
1.1 Què és un avió?
Abans d'endinsar-nos en els principis teòrics d'un avió i del seu funcionament, hem
d'introduir el concepte d'avió i posar un context històric.
La paraula avió, prové de la paraula llatina "avis", que vol dir au. S'entén com a avió a una
aeronau d'ala fixa, capaç de volar impulsada per un motor o més, amb un mínim de dues ales
i més densa que l'aire.
1.2 Història de l'avió
L'humà ha desitjat volar des de fa milers i milers d'anys, i això ho sabem perquè existeixen
alguns mites sobre el vol que remunten a l'antiga Grècia. Els primers dissenys d'un dispositiu
similar a un avió, foren dissenyats per Leonardo da Vinci, al segle XV. Però el primer
enlairament realitzat en la història no va ser dut a terme per un avió sinó per un globus de
paper més lleuger que el vent i que anava ple d'aire calent, l'any 1783.
No es va aconseguir volar un avió fins al 1883, quan
John Joseph Montgomery va aconseguir volar un
planador més pesat que el vent. Més tard, l'any 1890,
Clément Ader va fer el primer vol d'un avió amb
sistemes de propulsió, amb l'Éole.
Tot i això, el primer vol sostingut i controlat que hagi
estat reconegut oficialment va ser l'any 1903, pels
germans Wright.
Fig. 1: Avió dels germans Wright “Kitty
Hawk”
Font:
https://es.wikipedia.org/wiki/Avi%C3%B3n
L'any 1906, el brasiler Santos Dumont, va ser el primer a prendre el vol a bord d'avió, ja que
els germans Wright van necessitar una catapulta fins a l'any 1908 per a enlairar el seu avió.
Els avions van anar evolucionant i van servir
per a combatre en la Primera Guerra
Mundial, on van dominar els avions
alemanys Fokker D. VII, un biplà (avió amb
una ala sobreposada a una altra) capaç
d'arribar als 200 km/h. En aquest període,
però, construir un avió eficaç era més
producte de sort que d’estudi i recerca
Fig. 2 :Fokker D. VII
Font: https://es.wikipedia.org/wiki/Fokker_D.VII
6
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
L'any 1930, van aparèixer els motors de
turbina de compressió, que acabarien
esdevenint els motors que trobem avui en
dia en la majoria d'avions comercials o
militars.
Fig. 3:Imatge d’un motor de compressió
Font:
http://manuelvdf.blogspot.com/2012/03/regulacion-de-la-p
otencia-en-turbinas.html
1.3 Les parts de l’avió
L’avió té quatre parts principals: la cabina, el fuselatge, les ales i la cua.
·El fuselatge: És el nucli de l’avió, on es connecten la resta de parts i on es troben els
passatgers o la càrrega.
·Cabina: És el lloc des d'on es pilota l’avió. En el cas d’un avió comercial, hi ha dos pilots, i
va situada a davant de l’avió. En la majoria d’avions, la cabina va integrada al fuselatge.
·Les ales: Són la font principal de sustentació d’un avió, estan formades d’estructures
metàl·liques, els travessers i les costelles. En les ales també es troben els elements que
controlen l’avió. Aquests són:
Winglets: Disminueixen les turbulències, fent l’avió més eficient aerodinàmicament.
Es troben al final de les ales i formen un angle de 90º amb aquestes.
Flaps: Es troben a la part externa i posterior de l’ala, i són mòbils verticalment
respecte a l’ala, variant la sustentació que produeixen, o l’arrastrament.
Alerons: Formen part dels flaps, però tenen mobilitat pròpia i s’utilitzen per a
controlar el balanceig (s’explica en l’apartat 2.1.5) de l’avió.
Slats: Es troben a la part davantera de l’ala, tenen el mateix tipus de mobilitat que els
flaps i els alerons, però aquests només canvien la sustentació de l’avió.
Spoilers: Es troben a la part interna de l’ala, i són semblants a uns petits flaps que
controlen la sustentació, l’arrastrament i el balanceig.
7
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
·La cua o empenatge: La part de darrere de tot de l’avió. En ella es troben:
-
Estabilitzadors verticals i horitzontals: Estabilitzen l’avió.
-
Timó de direcció: Té una mobilitat horitzontal respecte a l’estabilitzador vertical.
Controlen la guinyada (s’explica en l’apartat 2.1.5) de l’avió.
-
Timons de profunditat o elevadors: Tenen una mobilitat vertical respecte a
l’estabilitzador horitzontal i controlen el capcineig (s’explica en l’apartat 2.1.5).
Fig. 4: Parts d’un avió
Font: https://www.manualvuelo.es/
8
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2. Part Teòrica
2.1 El control
2.1.1 Forces en el vol
Quan un avió vola hi actuen 4 forces sobre
aquest:
Fig. 5: Forces en vol
Font:https://blogaero.com/sustentacion-por-que-vuelan-los-a
viones/
2.1.1.1 Sustentació
És la força que manté l'avió en l'aire. Es produeix a les ales, i hi ha diverses teories de per
què.
Les dues més esteses involucren la tercera llei de Newton, i la que fa esment de la diferència
de pressions. En l’apartat d’aerodinàmica acabarem d’explicar com funciona.
2.1.1.2 Empenta
És la força que generen els motors, la qual ha de ser superior a la de la resistència per a poder
moure l’avió. Es mesura en C.V. (cavalls de vapor) en motors convencionals o elèctrics, i en
quilograms en motors de reacció.
2.1.1.3 Resistència
És la força contrària a l'empenta i es crea principalment a través del fregament de l'avió amb
l'aire. Hi ha dos tipus de resistències:
9
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
-
-
La resistència induïda és causada per
vòrtexs creats als extrems de les ales.
Aquests vòrtexs es creen quan l’aire de
baix de l’ala s’ajunta i xoca amb el de la
part de dalt. La resistència induïda
augmentarà a mesura que anem
augmentant l’angle d’atac (s’explica en
l’apartat 2.3.5). Aquest mateix fenomen
també té lloc als extrems de les ales.
Aquests vòrtexs creen una resistència
inevitable amb l’ala.
Fig. 6: Vòrtexs que causen la resistència induïda.
Font:
https://albrodpulf1.wordpress.com/2014/07/23/analis
is-tecnico-drag/
La resistència paràsita és la suma de la resta de resistències que no provenen de la
sustentació. És principalment causada pel fregament de l'avió amb l'aire, i aquesta
resistència augmenta amb la velocitat.
2.1.1.4 Pes
És la força contrària a la sustentació. Es deu a la força d'atracció de la gravetat sobre la massa
de l'avió. Com més pesada sigui, més empenta i més força de sustentació requerirà l'avió per
enlairar-se i mantenir-se en l'aire.
2.1.2 Càrrega alar
La càrrega alar és probablement el paràmetre més important a tenir en compte al dissenyar un
avió. Aquesta relaciona la força del pes amb la força de la sustentació i depenent d’aquest
valor, sabrem el tipus d’avió que tenim. Aquest s’aconsegueix dividint el pes de l’avió entre
la superfície alar. Com més gran sigui el valor de la càrrega alar d’un avió, més complicat
serà de controlar-lo i més ràpid haurà d’anar per a poder enlairar-se i mantenir-se en l’aire.
Càrrega alar
Tipus d’avió
3.05-4.5 kg/m2
Planador
4.5-6.1 kg/m2
Avió per a entrenar
6.1-7.625 kg/m2
Avió esportiu
7.625+ kg/m2
Avió de combat
10
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2.1.3 Centre de gravetat
El centre de gravetat d'un avió és el punt on la força de la gravetat és màxima. Sobre aquest
punt reposa l'equilibri de tota l'aeronau. Si imaginem una balança d'un parc, el punt mitjà
seria el centre de gravetat. Això és molt important, ja que depenent de si està més endavant o
més endarrere del centre de pressions, l'avió tindrà una estabilitat dinàmica positiva o
negativa.
El centre de gravetat en un avió radiocontrol serà majorment determinat pels components més
pesats (bateria i motor). Aquest pot estar desviat en l'eix transversal o en l'eix de l'horitzontal.
En cas que estigui descentrat en l'eix
transversal, o l'eix que va d'un extrem d'una
ala a una altra, el fenomen s'anomena
desplaçament lateral del centre de gravetat.
Aquest pot causar que l'avió voli de manera
inestable, i sigui perillós de volar.
Per altra banda, el centre de gravetat pot
estar avançat o endarrerit en l'eix de
l'horitzontal, o l'eix del capcineig, afectant
el comportament de l'avió.
Un avió amb el centre de gravetat avançat,
requerirà un gran esforç per a aixecar el
morro, i dificultarà que l'avió prengui el vol,
a més, l'avió tindrà més tendència en caure
en picat. Per altra banda, si el pes està
avançat, serà més fàcil recuperar l'avió si
entra en pèrdua.
D'altra manera, si el centre de gravetat està
endarrerit, l'avió tindrà tendència a
augmentar el seu angle d'atac. També serà
més difícil de controlar si aquest entra en
pèrdua (explicat en el punt el control).
Fig. 7: Avió amb centre de gravetat desviat lateralment
Font: https://www.manualvuelo.es/4prev/42_cayc1.html
Fig. 8:Avió amb el centre de gravetat avançat
Font: https://www.manualvuelo.es/4prev/42_cayc1.html
Fig. 9:Avió amb el centre de gravetat endarrerit
Font: https://www.manualvuelo.es/4prev/42_cayc1.html
11
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2.1.4 Centre de pressions
Fig. 10: Figura que mostra com varia el centre de pressions respecte
a l’angle d’atac, i el marge de desplaçament d’aquest centre
Font: https://www.manualvuelo.es/1pbav/13_fuerz.html
El centre de pressions és el punt on la
força de sustentació és màxima. Es
defineix com un percentatge respecte
a la corda de l'ala, començant des de
la vora d'atac. Com que el centre de
pressions és relatiu a l'angle d'atac
(perquè la quantitat de sustentació
canvia amb aquest angle), el centre de
pressions
té
un
marge
de
desplaçament que en avions
comercials és normalment d'entre el 25% i el 60%. A mesura que augmenta l'angle d'atac, el
centre de pressions es desplaça cap endavant.
2.1.5 Estabilitat
És la reacció que té un avió durant una pertorbació quan es treu del seu estat d'equilibri.
L'estabilitat d'un avió pot ser estàtica o dinàmica i dins d’aquesta classificació podrà ser
positiva, neutra o dinàmica.
2.1.5.1 Estabilitat estàtica
Resposta immediata d’un avió a la pertorbació del seu estat d’equilibri.
Estabilitat estàtica positiva:
Un avió tindrà estabilitat positiva si tendeix a mantenir-se
en la posició d’equilibri, en la qual el timó de la cua,
queda cap amunt, paral·lel al terra.
Fig. 11: Exemple d’estabilitat estàtica
positiva
Font: https://www.manualvuelo.es/
Estabilitat estàtica neutra:
Un avió tindrà estabilitat neutra si no té cap tendència a
tornar a cap posició; si gira 90º cap a un costat, es
mantindrà així, adoptant aquesta posició com a posició
d’equilibri.
12
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Fig. 12: Exemple d’estabilitat estàtica
neutra
Font: https://www.manualvuelo.es/
Estabilitat estàtica negativa:
Un avió tindrà estabilitat negativa si tendeix a allunyar-se
del punt d’equilibri sense parar quan rep una pertorbació.
Fig. 13: Exemple d’estabilitat estàtica
negativa
Font: https://www.manualvuelo.es/
2.1.5.2 Estabilitat dinàmica
Resposta al llarg del temps d’un avió a la pertorbació del seu estat d’equilibri.
Fig. 14: Estabilitats dinàmiques
Font: https://www.aircraftsystemstech.com/2021/03/aircraft-stability-aircraft-theory-of.html
Estabilitat dinàmica positiva:
És la tendència de l’avió en el temps a tornar a la posició d’equilibri a través de moviments
que van reduint la intensitat a mesura que torna a l’equilibri.
Estabilitat dinàmica neutra:
És la tendència en el temps a mantenir constant el moviment de reacció a una pertorbació.
Estabilitat dinàmica negativa:
És la tendència a augmentar d'intensitat constantment el moviment de reacció a una
pertorbació.
2.1.5.3 Efectes de l’estabilitat
L’estabilitat pot alterar diverses característiques d’un avió, com ara:
13
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
-
Maniobrabilitat: capacitat de dur a terme maniobres i suportar les càrregues que
aquestes posen sobre l'avió.
-
Control: capacitat d'un avió a respondre als moviments dels comandaments.
-
Estabilitat longitudinal: característica de l’avió que resisteix el moviment de
capcineig.
-
Estabilitat lateral: característica de l’avió que resisteix el moviment de balanceig.
-
Estabilitat direccional: característica de l’avió que resisteix el moviment de guinyada.
2.1.6 El gir
Un avió té la capacitat de girar sobre tres eixos: l’eix longitudinal, l’eix vertical i l’eix
transversal.
Fig.15: Eixos d’un avió
Font:https://aerodeporte.blogspot.com/2016/10/ejes-del-avion-y-superficies-de-control.html
El balanceig és el moviment que controla la
rotació sobre l’eix longitudinal. Aquest
moviment es controla amb els alerons. Si
volem que l'avió s'inclini cap a la dreta (i,
per tant giri cap a la dreta), haurem de
baixar l'aleró de l'esquerra, i pujar el de la
dreta. Si volem que l'avió giri cap a
l'esquerra, haurem de fer el contrari.
Fig. 16: Moviment de balanceig
Font:https://manualvuelo.es/
14
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
La guinyada és el moviment que controla la
rotació sobre l’eix vertical. Aquest es
controla amb el timó de direcció, el qual si
gira cap a l’esquerra, farà que l’avió giri
lleugerament cap a l’esquerra. Si es vol
girar cap a la dreta, el timó haurà de girar
cap a la dreta.
El capcineig és el moviment que controla la
rotació sobre l’eix transversal. Aquest es
controla amb els timons de profunditat o
elevadors, que si s’inclinen cap a dalt, faran
que l’avió giri cap a dalt i aixequi el morro.
Si inclinem els timons cap a baix, l’avió
baixarà el morro.
Fig. 17: Moviment de guinyada
Font:https://manualvuelo.es/
Fig. 18: Moviment de capcineig
Font:https://manualvuelo.es/
2.1.7 Guinyada adversa
La guinyada adversa és un moviment de rotació sobre l’eix longitudinal en sentit contrari al
sentit de rotació de l’hèlix. Aquest desestabilitza i dificulta el control de l'avió.
La guinyada adversa és causada principalment per tres principis: l'efecte parell motor, el
deixant de les hèlixs i l’empenta asimètrica (explicats a continuació).
2.1.7.1 Efecte parell motor
Per la tercera llei de Newton, per a
contrarestar la força de torsió que fan les
hèlixs en un sentit, la totalitat de l'avió haurà
de girar en sentit contrari. Com que les hèlixs
giren en sentit horari, vist de dalt, l’avió
patirà un gir en sentit antihorari. Aquesta
força desviarà l'avió, i produirà un moviment
de balanceig cap a un cantó. Serà la correcció
d’aquest moviment que causarà el moviment
de guinyada cap a l’esquerra (vist des de
davant).
Fig. 19: Efecte parell motor
Font: https://manualvuelo.es/1pbav/19_adyaw.html
15
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2.1.7.2 Deixant de les hèlixs
L'aire impulsat per les hèlixs (el deixant)
seguirà el seu rumb traçant una espiral que
acabarà impactant contra l'estabilitzador
vertical. L’impacte provocarà una força
sobre la cua de l'avió que resultarà en un
moviment de guinyada cap a l'esquerra.
Fig. 20: Deixant de les hèlixs
Font: https://manualvuelo.es/1pbav/19_adyaw.html
2.1.7.3 Empenta asimètrica
Quan l'avió està volant amb un angle d'atac alt, una de les pales de l'hèlix es mou cap a baix
una mica endavant respecte a la direcció de vol, mentre que l'altre es mou cap a dalt i una
mica cap endarrere. Aquesta diferència de posicions causa una diferència de força que, com
s'aprecia a la imatge, farà que l’avió pateixi un moviment de guinyada cap a l'esquerra.
L'empenta asimètrica també s'anomena: Factor "P".
Fig.21: Empenta asimètrica
Font: http://campo-de-vuelo.blogspot.com/2010/
2.1.7.4 Correcció
Hi ha diverses maneres de corregir la guinyada adversa, però les més fàcils i accessibles són
aquestes: afegir pes a la part de la dreta de l'avió, baixar l'aleró de la dreta més que el de
l'esquerra en volar, o inclinar el motor uns graus cap a l’esquerra, vist des de davant.
2.1.8 Terminologia d’ales
-
Perfil alar: és la secció de l’ala. Si talléssim l’ala en rodanxes, el veuríem. El perfil
alar normalment va disminuint a mesura que s’apropa a l’extrem de l’ala.
-
Vora d’atac: és la part frontal de l’ala, la primera a entrar en contacte amb l’aire.
-
Vora de sortida: és la part posterior de l’ala, per on l’aire pertorbat per aquesta surt al
corrent lliure.
16
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
-
Intradós: és la part inferior de l’ala, entre les dues vores.
-
Extradós: és la part superior de l’ala, entre les dues vores.
-
Gruix: és la distància entre l’intradós i l’extradós.
-
Corda: línia imaginària que va de la vora d’atac a la vora de sortida.
-
Corda mitja: és la mitjana de totes les cordes existents en una ala.
-
Curvatura: és la curvatura que hi ha des de la vora d’atac a la vora de sortida. Hi ha
dos tipus de curvatures, la superior, que es troba a l’extradós i la inferior, que es troba
a l’intradós.
-
Superfície alar: és la superfície total de les ales.
-
Envergadura: és la distància entre els extrems de les ales.
-
Allargament: relació entre l’envergadura i la corda mitja. Com més alt és aquest valor,
més llarga i estreta és l’ala. Com més gran sigui l’allargament, més petita serà la
resistència induïda. Aquest es troba dividint l’envergadura al quadrat entre la
superfície alar.
Fig. 22: Terminologia de l’ala
Font: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6073416
2.1.9 Posició de l’ala
En avions monoplans:
2.1.9.1 Baixa
La part inferior d'una ala en posició baixa, es
troba anivellada amb la part inferior del
fuselatge. Dona més visibilitat, més
maniobrabilitat i enlairaments en menys
distància.
Fig. 23: Avió de caça Spitfire
Font:https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Spitfire_
-_Season_Premiere_Airshow_2018_(cropped).jpg
ssssss
17
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2.1.9.2 Mitja
Una ala en posició mitja es posa a l’altura
de la meitat del fuselatge. És una ala molt
maniobrable, però que limita les capacitats
de càrrega de l’avió.
Fig. 24: Avió de caça Dassault Rafale
Font:https://www.jetphotos.com/photo/26947
2.1.9.3 Alta
Una ala en posició alta es troba anivellada
amb la part superior del fuselatge. Són les
més utilitzades en avions de combat, ja que
permeten portar molta càrrega a les ales i
realitzar aterratges curts, amb poca distància
requerida.
Fig. 25: Avió de caça F-22
Font:https://commons.wikimedia.org/wiki
/File:Lockheed_Martin_F-22_Raptor_'05-095__TY'_'95FS'_(26507684472).jpg
2.1.9.4 “Shoulder-wing”
Es troben per sobre del fuselatge i tenen
característiques molt similars a les ales
altes, però ofereixen més visibilitat.
Fig. 26: ARv Super 2
Font: https://en.wikipedia.org/wiki/ARV_Super2
2.1.9.5 Para-sol
Les ales en posició para-sol es troben per
sobre del fuselatge. Permet la màxima
visibilitat i el mínim arrastrament provocat
per l’aire turbulent provinent del motor.
Fig. 27: Pober Pixie
ssssssFont:https://manzanolaser.com/Pober-Pixie--60-Wingspan-Scale-Mo
sssssssdel-of-Popular-Homebuilt-Parasol-Wing-Aircraft_p_3387.html
18
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2.2 Aerodinàmica
2.2.1 El debat de la sustentació
Com hem dit abans, hi ha moltes teories sobre la generació de la sustentació. Les dues més
populars són aquestes:
2.2.1.1 Tercera llei de Newton
La tercera llei de Newton determina
que per cada força d'acció hi ha d'haver
una força de reacció en direcció
contrària, de la mateixa potència.
D'aquesta manera, quan l'aire xoca
contra la part de sota de l'ala, la força
de reacció que farà l'ala contra l'aire
serà suficient per a elevar l'avió. Com
més angle d’atac tingui l’ala, més aire
xocarà contra la part inferior de l’ala i,
per tant, més sustentació es generarà.
Fig. 28: Tercera llei de Newton aplicada a una ala.
Font:https://www.quora.com/Why-do-planes-fly-nose-up
2.2.1.2 Diferència de pressions
Aquesta teoria es basa en el principi de Bernoulli.
2.2.1.2.1 Principi de Bernoulli
El principi de Bernoulli es basa en el principi de
conservació d’energia, el qual diu que l’energia
d’un sistema aïllat no es perd, sinó que es
transforma. A través d’aquest principi, el
teorema de Bernoulli raona que la suma de la
velocitat i la pressió és constant en qualsevol
punt d’un sistema. És a dir que p + v = k, on p
és pressió, v és velocitat i k és la constant.
D’aquesta manera, Bernoulli determina que si la
velocitat augmenta, la pressió ha de disminuir, i
a l’inrevés.
Fig. 29: Teorema de Bernoulli
Font: https://slideplayer.es/slide/4296137/
19
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
D’aquesta manera, l’aire que travessa la part superior de l’ala haurà de viatjar una distància
superior que l’aire que travessa la part inferior en el mateix temps i, per tant, l’aire de la part
superior serà més veloç, generant una pressió més baixa que a sota de l’ala. Aquesta
diferència de pressions causarà una força de sustentació cap amunt.
Fig. 30: Sustentació produïda per la diferència de pressions
Font:https://www.xataka.com/vehiculos/2020-todavia-no-entendemos-todo-que-aviones-se-mantienen-aire
2.2.2 Nombre de Reynolds
El nombre de Reynolds és un concepte molt complex i
difícil d'explicar, que s'endintra molt en la dinàmica
dels fluids. De manera molt simple i resumida, és
l'ordre que tenen les partícules d'un fluid. Si les
partícules d'un fluid avancen paral·leles entre elles, es
dirà que el fluid és laminar. Per altra banda, si les
partícules d'un fluid es mouen en direccions diferents,
el fluid serà turbulent.
Fig 31: Flux laminar i turbulent
Font:
https://www.geeksforgeeks.org/streamline-flo
w/
El nombre de Reynolds, quantifica aquest ordre o desordre, que determina si un fluid és més
laminar o més turbulent.
2.2.3 Atmosfera
És important entendre l'espai per on volen els avions. Aquests volen per la troposfera, la
primera capa de l'atmosfera.
Aquesta capa atmosfèrica està composta per aire, el qual entenem com a un conjunt de gasos.
Principalment, està format per un 78% de nitrogen, un 21% d'oxigen i un 1% d'altres gasos.
També se li ha d'afegir vapor d'aigua a les capes baixes, que depenent de la localització i les
20
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
condicions climatològiques pot arribar a representar un 5% dels gasos totals. Quan el vapor
d'aigua augmenta de percentatge en l'atmosfera, la resta de gasos disminueixen
proporcionalment.
Ja que l'aire està format per gasos de diferents densitats, els més pesats es troben
principalment a les capes més baixes, com ara l'oxigen. És per això que a mesura que
augmenta l'altura, hi ha menys oxigen, l'aire és menys dens i disminueix la pressió.
A partir dels 11.000 metres ja quasi no hi ha oxigen, el 75% de la massa total de l'atmosfera
es troba entre la superfície i els 12.000 metres on es troba la troposfera.
Per entendre les característiques bàsiques de l'aire, primer hem d'entendre que l'aire és un
fluid. De la mateixa manera que els líquids, l'aire té viscositat, la propietat que mesura la
facilitat d'un fluid per a fluir. L'aire amb molta viscositat es considera dens i és desfavorable a
fluir. Per altra banda, l'aire amb poca viscositat es considera prim i flueix fàcilment.
L'aire té tres característiques fonamentals:
Pressió, temperatura i densitat.
2.2.3.1 Pressió atmosfèrica
La pressió és la força aplicada per una unitat de superfície. En el cas de l'aire, aquesta pressió
es deu al seu propi pes.
En l'aviació, la pressió es representa en hectopascals, unitat equivalent a 0,001 Bars.
A mesura que varies la teva altura, la pressió augmenta o disminueix a 1 hectopascal cada 9
metres. Això té implicacions importants, sobretot en avions comercials, ja que la diferència
de pressions d'entre dins l'avió i fora genera una força d'interior a exterior (més pressió a
menys pressió) que si no es té en compte, pot tenir conseqüències fatals.
2.2.3.2 Temperatura
Per norma, la temperatura disminueix amb l'altura, ja que a les capes baixes la calor queda
retinguda per l'atmosfera de tal manera que disminueix uns 6,5 °C cada 1.000 metres.
Aquesta mesura és constant fins als 11.000 metres on la temperatura és de -56,5 °C. Això serà
extremadament rellevant en avions supersònics o aquells que volin a altituds molt elevades.
2.2.3.3 Densitat
La densitat de l'aire també disminueix amb l'altura, ja que com menor és la pressió, menor és
la densitat, i com més temperatura hi ha, menys densitat hi ha (quan augmenta la temperatura,
els cossos es dilaten i ocupen més volum). D’aquesta manera, en augmentar el volum, hi
haurà menys massa amb relació al volum i disminuirà la densitat. La fórmula general de la
densitat és d=m/v, on m representa la massa, i v la velocitat.
21
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2.2.4 Angle d’atac
L'angle d'atac és l'angle que hi ha entre el mòdul d'incidència de l'aire i la corda de l'ala. Quan
tenim un angle d’atac superior a zero, la força que fa el motor no només serà horitzontal, sinó
que també produirà una força en el mateix sentit i direcció que la sustentació. Un avió amb un
angle d'atac notable en enlairar-se quasi sempre s'enlairarà més ràpidament que un que no el
té.
Fig. 32: Angle d’atac
Font: https://manualvuelo.es/1pbav/17_ataqu.html
2.2.4.1 Angle d’atac crític
L’angle d’atac crític és l’angle on més sustentació es produeix i partir del qual aquest
comença a disminuir. Aquest angle és diferent en cada tipus d’ala.
2.2.4.2 Pèrdua
La pèrdua es produeix quan l'avió no produeix prou
sustentació per a contrarestar el pes i arrastrament.
Aquesta té lloc quan el fluid que passa per damunt de les
ales és totalment turbulent, fet que principalment passa
en dos escenaris: quan l'angle d'atac de l'avió és més
gran que l'angle crític de l'avió i quan l’avió es mou a
velocitats massa lentes. Quan un avió entra en pèrdua
pararà d’enlairar-se i començarà a caure. Si aquest angle
no es corregeix ràpidament, l’avió s'estavellarà.
Fig. 33: Angle d’atac màxim representat gràficament
Font: https://manualvuelo.es/1pbav/17_ataqu.html
Quan l’angle d’atac és baix, l’aire passa de
laminar a turbulent a prop de la vora de sortida,
produint poca sustentació.
Fig. 34: Transició de laminar a turbulent
Font: https://manualvuelo.es/1pbav/17_ataqu.html
22
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
A mesura que l’angle d’atac va augmentant, la
transició de flux laminar a turbulent es va
allunyant a la vora de sortida, i apropant-se a la
vora d’atac, produint més sustentació.
En el moment en què la transició arriba a l'angle
crític, l'ala produeix la màxima sustentació.
A partir d’aquest punt, l’aire passa de laminar a
turbulent massa a prop de la vora d’atac, i deixa
de produir la quantitat de sustentació necessària
per a mantenir l’avió volant, i aquest entra en
pèrdua.
Fig. 35: Transició de laminar a turbulent
Font:https://manualvuelo.es/1pbav/17_ataqu.html
2.2.5 Diedre
El diedre és l'angle que tenen les ales amb una línia recta imaginària que creua l'avió.
L'angle del diedre serà positiu si una vora de l'ala està per sobre de l'inici de l'ala, o negatiu si
és al revés. L'angle també pot ser neutre si no hi ha cap variació, i es considera poliedre si es
compleixen dues d'aquestes condicions.
Fig. 36: Diedres
Font:https://manualvuelo.es/1pbav/14_avion.html
El diedre és un component important per a l'estabilitat de l'avió. Un diedre positiu és molt
estable, però poc àgil, perfecte per avions esportius o comercials. Per altra banda, el diedre
negatiu és més àgil, més adequat per a avions de combat. El diedre afecta l'estabilitat d'un
avió, a causa de l'efecte diedre.
23
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
2.2.5.1 Efecte diedre
L'efecte diedre relaciona la superfície d'una ala amb la sustentació que aquesta produeix, i
l'efecte que aquest fenomen té sobre l'equilibri. Si per alguna pertorbació, un avió amb diedre
positiu perdés l'estabilitat, i s'inclinés, l'ala que quedés més baixa respecte al fuselatge, tindria
més superfície, i, per tant, produiria més sustentació, equilibrant l'avió.
Fig. 37: Esquema de l’efecte diedre
Font: https://www.researchgate.net/figure/Dihedral-and-anhedral-angles-5-Wing-dihedral-applications-has-the-primary-aim-of_fig33_348150678
2.2.6 Perfil alar
El perfil alar és una de les parts més importants de l'ala, ja que el tipus de perfil que utilitza
l’ala de l’avió determina vàries de les seves característiques i el seu comportament.
Recordem que el perfil es veu l'ala de costat, com si fossin llesques d'aquesta.
Els perfils es poden classificar segons diversos criteris:
Segons la forma:
-
Asimètrics
-
Simètrics
Fig. 38: perfil simètric
Font:
https://www.aprendamos-aviacion.com/2021/11/helicoptero-perfilaerodinamico.html
Segons les seves característiques:
-
De flux laminar (per maximitzar el
flux laminar en la capa límit)
-
D’alta sustentació
-
Autoestables (per generar un
moment angular neutre)
-
Supercrítics (per a millorar les ones
de xoc en velocitats transsòniques)
Fig. 39: Perfil d’alta sustentació
Font: https://cnls.lanl.gov/external/piml/Chiyu%20Jiang.pdf
24
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
-
STOL (Per a enlairaments i
aterraments curts)
Fig. 40: perfil autoestable
Font: https://www.lavionnaire.fr/EspAlas.php
Segons la velocitat d’operació:
-
Subsònics
-
Transsònics
Fig. 41: perfil subsònic
-
Supersònics
Font:
https://blogs.warwick.ac.uk/unalduygu/entry/different_
airfoils/
2.2.6.1 Denominació dels perfils
alars
Perfils alars n'hi ha de molts tipus,
tothom en pot crear un, encara que
no sigui eficaç o aerodinàmic. El
1929 la NACA (Comitè Consultiu
Nacional d'Aeronàutica) va crear
una sèrie de perfils alars que, a part
de
seguir una
nomenclatura
específica, estaven estudiats i
provats. La nomenclatura és la
següent:
Fig. 42: Aproximació del perfil NACA 2412
Font:https://www.pilot18.com/wp-content/uploads/2018/01/Airfoil-a
nd-Two-dimension-flow.pdf
-
Naca de 4 dígits:
- El primer nombre determina la curvatura màxima del perfil.
- El segon dígit indica a quin percentatge de la corda es troba la combadura
màxima.
- Els últims dos dígits indiquen el gruix màxim en percentatge de la corda.
-
Naca de 5 dígits:
- El primer nombre determina el coeficient de sustentació quan es multiplica per
0,15.
- Els següents dos nombres, quan es divideixen entre 2, dona la distància
màxima de combadura respecte a la vora d’atac, i es representa en %.
- Els últims dos dígits indiquen la curvatura màxima en %.
25
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3. Part pràctica
3.1 Components
3.1.1 Motor
El motor produirà l'empenta que l'avió necessita per a volar.
Un motor transforma energia elèctrica en energia mecànica. Ho fa a través de la creació d'un
camp magnètic a través de corrent continu. Quan es connecta el corrent, un *estator crea un
camp elèctric, que atrau i repel uns imants, que fan girar un rotor.
El motor que s'utilitza en avions de
control remot a escala són els motors
sense escombretes. Aquests no fan servir
un estator que estigui en contacte amb el
rotor, sinó que fan servir bobines per a fer
girar el rotor. Aquestes bobines van
variant les fases del corrent per a crear un
camp magnètic constant sense estar en
contacte amb els imants del rotor,
augmentant l'eficiència i disminuint el
desgast. La potència d'un motor anirà
denominada en kW (kilowatts).
Fig. 43: Motor sense escombretes
Font: https://www.renesas.com/us/en/support/engineer-school/brushless-dc-motor-01-overview
3.1.2 Esc
Un ESC (Electronic Speed Controller) o
controlador electrònic de velocitat és necessari
per a controlar la velocitat del motor, ja que
rep els senyals que el receptor envia i les
transforma en un augment o una disminució de
la velocitat del motor. Un ESC per a motors
sense escombretes té tres cables, que funcionen
amb un corrent altern trifàsic amb la qual
controla la velocitat del motor amb dos dels
cables, i utilitza el cable restant per a rebre
Fig. 44: ESC
Font:https://es.aliexpress.com/item/32783288224.html
26
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
informació per a determinar com de ràpid i en
quina direcció gira el motor.
3.1.3 Receptor
Fig.45:Receptor
Font:
https://www.luisllamas.es/conectar-emisora-radio-cont
rol-con-arduino/
Va directament connectat al comandament de
control remot a través d'una antena, que rep els
senyals de ràdio control del comandament.
Aquest les transforma en senyals que l'ESC o
els servomotors puguin interpretar. Els
receptors tenen canals, els quals enviaran una
ordre diferent de l’ESC. Cada canal va lligat a
un dels controls del comandament, que controla
una part diferent de l'avió. Els receptors
funcionen amb una freqüència de 2,4 GHz, la
qual reben a través d'una antena.
3.1.4 Servomotors
Els servomotors van connectats al receptor, i
depenent dels senyals que rebin, giraran el
braç al qual van connectats fins a 360 graus.
Aquests s'usen per a fer girar els flaps i els
timons.
Els servomotors són uns motors que
s'utilitzen en sistemes de control de bucles
tancats. Modulen la rotació i la velocitat.
Van connectats analògicament o digitalment
al receptor, i fan servir un sensor intern per
a determinar l'angle al qual es troba l'eix de
sortida del motor, i l'adapten als senyals que
enviï el receptor.
Fig. 46: Servomotor
Font:
https://www.researchgate.net/figure/Schematic-of-an-RC-s
ervo-motor_fig1_328910852
3.1.5 Comandament de control remot
El comandament és dotat de dos joysticks o palanques, que
enviaran senyals al receptor, les quals seran diferents depenent
de la posició dels joysticks o les palanques.
Fig. 47: Comandament amb receptor Font:
https://www.amazon.es/Goolsky-Distanca-Transmisor-Receptor-Control/dp/B01LVXIRTH
27
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.1.6 Bateria
La bateria donarà energia a tots els
sistemes a bord de l'avió. Aquesta
bateria és de tipus LiPo (lithium
polymer), i es caracteritza per tenir
molta càrrega en poc pes. Aquesta
està formada per cel·les, les quals
tenen
un
voltatge
nominal
(aproximat) de 3,7 volts. Com les
cel·les estan en sèrie, si la bateria té
dues cel·les, el voltatge nominal
total serà de 7,4 volts o, segons la
nomenclatura apropiada, 2 s. La
capacitat d'una bateria ve donada en
mAh.
Fig.48: Bateria Lipo
Font:
https://hobbyking.com/en_us/blog/reading-and-understanding-lipo-ba
tteries/
La descàrrega màxima de la bateria ve donada pel nombre que ens dona el fabricant de la
bateria, que va acompanyat d'una C. Aquest nombre multiplicat per la capacitat de la bateria
ens dona la descàrrega màxima. En el nostre cas, la nostra bateria és de 50 C i 2200 mAh, així
que la descàrrega màxima és de 110000 mA.
3.1.7 Hèlix
Les hèlixs converteixen l'energia mecànica del motor en la força que anomenem empenta.
Estan formades per pales o aspes repartides concèntricament amb distàncies iguals entre
elles.
Les hèlixs són corbes, provocant, així, una diferència de distàncies que provocarà una
diferència de velocitats que segons el Teorema de Bernoulli, causarà una diferència de
pressions i, per tant, farà una força endavant.
Serà aquesta força la que denominarem empenta.
Les hèlixs que utilitzen els avions de ràdio control
com el nostre, s’anomenen segons el seu diàmetre
i pas. Una ala de 9x6, mesurarà 9 polzades de
diàmetre, i 6 polzades de pas.
El pas és la distància què recorrerà l’avió en una
volta de les hèlixs, si el rendiment d’aquestes fos
d’un 100%.
Fig. 49: Propietats de l'hèlix
Font:
https://www.pbo.co.uk/gear/choose-right-propeller-boat-62058
28
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.2 Disseny
3.2.1 Objectiu
Per a dissenyar qualsevol cosa, el primer que s'ha de plantejar és la funció i l'objectiu del
producte. Òbviament, en dissenyar un avió, el més important serà que voli, però també hi ha
altres factors a tenir en compte. En treballar amb impressora 3D, el disseny pot ser tan intricat
i complicat com vulguem. Nosaltres hem decidit que el nostre avió haurà de ser el màxim
d'universal possible. Per això necessitarà:
●
●
●
●
●
●
Ser fàcil d’imprimir i muntar
Poder-se adaptar a una gran varietat de components
Poder-se transportar fàcilment
Ser fàcil d’arreglar
Ser fàcil de modificar
Ser fàcil de pilotar
3.2.2 Programari
Per a assolir els nostres objectius hem decidit utilitzar l'Autodesk Inventor, un programa molt
potent i amb una corba d'aprenentatge molt rosta. Aquest programa està especialitzat en el
disseny mecànic, l'elaboració de documentació i la simulació de productes, i a més, està dotat
de noves tecnologies que permeten l'automatització d'aquest disseny. Aquest és compatible
amb tot el programari Autodesk, l'equip del qual volem agrair per cedir-nos una llicència
d'estudiants que ens ha permès accedir a tot aquest món de productes professionals.
Fig. 50: Autodesk
Font:https://icn.nl/inventor-2023-whats-new/
29
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.2.3 Dimensions
Per a saber com havia d'estar dimensionat l'avió vam recórrer al llibre "Aprende
aeromodelismo desde cero" de David Pérez Segurado. D'aquest vam extreure que totes les
mesures de l'avió parteixen d'una primera: l'envergadura de les ales.
A partir d'aquesta sabem que la longitud del fuselatge ha de ser d'aproximadament un 70% de
l'envergadura de l'ala, l'estabilitzador horitzontal ha de ser aproximadament de la mida d'un
quart de l'ala, que l'estabilitzador vertical sol ser un 10% de la superfície alar o que el
fuselatge ha de tenir una llargada d'aproximadament el 60% de l'envergadura de les ales,
entre d’altres.
Aquestes mesures, però, no s’han pogut seguir al peu de la lletra, ja que estan pensades per un
avió de dimensions molt superiors al nostre i quan convertim aquestes relacions a la nostra
escala apareixen problemes. Per exemple, l’ala hauria de ser tan prima que no es podria ni
manipular o el fussellatge tan petit que no seria capaç de guardar ningun component. Per
aquestes raons, tot i que generalment hem seguit les mesures donades pel llibre, en algunes
ocasions ens hem hagut de desviar. Es poden trobar les mesures del disseny final l’annex.
3.2.4 Disseny bàsic
Aquest programa té infinitat d'eines, trucs, opcions i add-ons, però òbviament no hem tingut
el temps o la necessitat d'aprendre i entendre'ls tots. Només utilitzant uns quants d'aquests
eficaç i intel·ligentment podem dissenyar gran part de l'avió. Les eines més bàsiques i les que
més farem servir al llarg del disseny són:
3.2.4.1 Creació d’un pla:
Un pla es pot crear de moltes maneres, però la majoria de vegades el crearem a partir de 3
punts, perpendicular a una línia o en crearem un a una distància determinada paral·lel a un ja
existent.
fig. 51: Pla a partir de 3 punts
fig 52: Pla perpendicular a una recta
fig 53: Pla paral·lel a un altre
Fonts pròpies.
30
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.2.4.2 Sketch:
Un sketch és simplement el dibuix que fem a sobre d’un pla. A
partir d’aquest podrem usar les funcions d’avall.
3.2.4.3 Revolve:
Aquesta eina ens permetrà crear un objecte tridimensional
circular o cònic a partir d'un sketch. Com veurem en el disseny
del fuselatge, a partir d'un semicercle o mig oval podem crear
una esfera o un ovoide (esfera ovalada).
Fig. 54: Sketch
Font pròpia.
3.2.4.4 Loft:
Aquesta eina és de les més versàtils i potents
de tot el programa. A partir de múltiples
sketchs podem crear des de simples cubs a
espirals o, com hem fet nosaltres, ales
el·líptiques. Un cop tinguem els sketches fets i
alineats només els haurem de marcar i l'eina
generarà l'objecte.
Fig. 55: Eina “loft”
Font pròpia.
Aquesta, però, té certes limitacions que, tot i que estem segurs que amb més coneixements
del programa es poden evitar, per nosaltres han estat una mica molestes. Una d'aquestes és
que a l'hora de fer una forma que acabi en una corba, haurem de fer molts "sketchs" a la punta
perquè l'eina s'adapti correctament, com ens passarà a l'estabilitzador vertical.
3.2.4.5 Split:
Aquesta eina ens permet partir un objecte tridimensional en dues parts, ja sigui mitjançant un
pla o un dibuix. Això ens permetrà eliminar formes complexes d’un objecte o separar-lo en
dues parts per a després editar alguna d’elles aïlladament.
3.2.4.6 Extrude:
Probablement, l'eina més senzilla de totes i la més
utilitzada. Aquesta ens permet aixecar o, tal com diu el
nom, extreure el dibuix d'un sketch per a crear un
objecte o per a esborrar un tros d’altre. Si volem fer un
forat en un cub, només haurem de dibuixar un cercle en
una de les cares i extreure'l cap endins.
Fig. 56: Eina “Extrude”
Font pròpia
31
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.2.5 L’avió
3.2.5.1 Fuselatge
La creació del fuselatge és probablement la part més
important i la més fàcil de dissenyar. Com volem que
l'avió sigui el més aerodinàmic possible, utilitzarem
una forma ovalada. Aquest haurà de ser prou gruixut
perquè hi càpiguen tots els components.
Per fer això només haurem de traçar mig oval en un
pla i després rotar-lo sobre la línia que parteix l’oval
en dos amb l’eina “revolve”.
Fig. 57: Fuselatge
Font pròpia.
3.2.5.2 Ales
El disseny de les ales ja és una
mica més complicat. Com que una
ala és completament simètrica a
l’altra, només haurem de dissenyar
una. El més important en l’hora de
dissenyar l’ala és el perfil alar, que
determinarà quanta sustentació
obtindrem, i la superfície alar, que
determinarà quanta superfície tenim
per a generar sustentació.
Fig. 58: Perfil NACA 2412
Font pròpia.
Nosaltres hem decidit triar el perfil alar NACA 2412, un dels més populars i el més utilitzat
en el món de l'aeromodelisme. Aquest ens proporcionarà sustentació en un rang d'angles
d'atac molt extens, que ens anirà bé per a volar-lo fàcilment.
La impressió 3D ens ha permès fer figures tridimensionals molt complicades i és per això que
hem decidit utilitzar una ala el·líptica, que ens donarà una millor aerodinàmica. Aquest tipus
d’ala, desafortunadament, ja no s’utilitza gaire, ja que és molt cara de construir i no ofereix
millores suficients perquè surti rendible utilitzar-les.
32
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Com volem que l'avió sigui fàcil
de transportar, però alhora sigui
també fàcil de pilotar haurem de
fer servir un allargament mitjà,
d'entre 7 i 10.
El primer pas serà dibuixar el
contorn de l'ala vista des d'amunt.
D'aquesta
manera
podrem
començar a visualitzar l'ala i
modificar
l'allargament
i
l'envergadura de l'ala.
Fig. 59: Ala
Font pròpia.
Un cop acabats, dibuixarem una espècie d'esquelet, traçant la forma del perfil alar
perpendicular a la meitat de l'ala. Ara podrem utilitzar l'eina "loft", que ens ajuntarà totes les
cares creant, de molts dibuixos 2D, un objecte tridimensional. Per acabar només ens faltarà
copiar l'ala i invertir-la amb l'eina "mirror".
3.2.5.3 Estabilitzadors
Els estabilitzadors són superfícies de vital importància per a l'avió. Aquests actuen de la
mateixa manera que les ales, aportant sustentació (a vegades fins i tot inversa) i donant molta
estabilitat a l'avió (d'aquí el nom).
Vertical
Per a dissenyar l'estabilitzador vertical utilitzarem la
mateixa tècnica que amb les ales, però en aquest cas, com
l'estabilitzador està majorment format per línies rectes,
només caldrà dibuixar l'esquelet a les puntes.
Fig. 60: Estabilitzador vertical
Font pròpia.
Horitzontals
Dissenyarem els estabilitzadors
horitzontals d'exacta manera que
hem dissenyat l'ala. Els passos
són exactament els mateixos però
amb un perfil alar simètric i una
envergadura i un allargament
diferent.
Fig. 61: Estabilitzadors horitzontals
Font pròpia.
33
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.2.5.4 Superfícies de control
La majoria d'avions RC només utilitzen un timó, alerons i elevadors. Això és degut al fet que
la funció dels flaps en aquest tipus d'avions és gairebé inexistent, ja que la seva funció més
important serà aterrar, i les despeses de cost, temps i pes que comporta muntar-los
simplement no valen la pena. Nosaltres, com ja hem mencionat abans, hem decidit no fer
servir tampoc un timó, perquè creiem que ni tenim el nivell de pilotatge per a utilitzar-lo
correctament ni la necessitat de fer-ho servir.
Alerons
Per al disseny dels alerons hem traçat un
rectangle a sobre de l'ala i l'hem separat
d'aquesta amb l'eina "split", després hem
fet més petit l'aleró (perquè no fregui amb
l'ala principal al girar) amb l'eina "scale" i
finalment hem dissenyat els "horns". Els
horns són la part que connectarà l'aleró
amb el servo a través d'un filferro.
Fig. 62: Alerons
Font pròpia.
Un cop dissenyats només els hem de col·locar al mig de l'aleró i ampliar-los 6 mil·límetres
per banda.
Elevadors
Fig. 63: Representació unió superfícies de control
Font pròpia.
El disseny dels elevadors és
exactament igual al dels alerons, amb
l'única diferència que en comptes de
trobar-se a les ales es troba als
estabilitzadors horitzontals. Per a
estalviar pes i fer l'avió més senzill
de muntar, utilitzarem un únic servo
per a controlar els dos elevadors, de
manera que s'elevaran i s'enfonsaran
junts.
3.2.6 Preparació dels components
En aquesta fase farem tots els forats necessaris per a encaixar els components a l’avió.
El primer pas serà prendre mesures de tots els components, aquests sent el motor, la bateria,
el controlador, un servo, l’esc, el receptor i el tren d’aterratge.
34
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Començarem pels components que volem protegir, els que no han de tenir cap mena de
contacte amb l'aire exterior. Aquest seran el receptor, la bateria i l'esc.
3.2.6.1 Bateria, ESC i receptor
Per a tots aquests, farem una estimació del
volum que ocuparan apilats i farem un forat
d'aquest volum el més a prop del morro de
l'avió possible. Això ens ajudarà a fer que el
centre de gravetat estigui per davant del centre
de pressions. Per a poder accedir als
components dissenyarem una tapa amb l'eina
"split", la qual connectarem al fuselatge amb
caragols i dos pius que faran de guies.
fig. 64: Compartiment components
Font pròpia
3.2.6.2 Motor
Per al motor només haurem de traçar la seva forma en el morro del fuselatge i fer un forat cap
endins amb l'eina "extrude". Aquest forat haurà de ser prou fons per a protegir-lo en cas
d'impacte, però no tant que l'hèlix xoqui amb el plàstic. Un cop fet, farem el forat per als
cables, que entraran directament a la càmera que conté l'esc, on es connectaran.
3.2.6.3 Servos
Fig. 65: Espai per als servos
Font pròpia
Per als servos haurem de pensar bé com els
col·locarem. Les ales no són molt gruixudes, així
que els servos hauran de sobresortir una mica.
Haurem de tenir en compte la forma del servo,
dels cables i del braç, perquè aquest no xoqui amb
res.
Com ja tenim les mesures del servo, crearem un
pla tangent a la superfície inferior de l'ala i
dibuixarem el seu perímetre.
El col·locarem perquè el braç i el "horn" no es
superposin.
Aquest forat el replicarem a l'altra ala amb l'eina "mirror".
Per connectar els cables dels servos al receptor farem un forat petit al costat del fuselatge que
entri cap a la càmera on es troba aquest.
35
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Un cop fets els forats per als dos servos de les
ales, tocarà fer el forat per al servo de la cua.
Com els estabilitzadors horitzontals són molt
finets i el servo controlarà els dos elevadors,
hem decidit col·locar-lo a la part final del
fuselatge i, per tant, el seu cable haurà d'anar per
dins del fuselatge fins al receptor.
Començarem creant un pla al mig del fuselatge, i
d'allà extraurem un forat del perímetre del servo.
En aquell mateix pla també farem el forat del
cable, d'amplada més petita.
Fig. 66: Cua
Font pròpia
3.2.6.4 Tren d’aterratge
El tren d'aterratge fa referència a les rodes davanteres i a la de la cua.
Com la roda de la cua no és massa llarga, té sentit col·locar-la directament a la base del
fuselatge. Això ho aconseguirem creant una petita incisió a la base en la qual podrem collar
un suport de la roda.
Per a les rodes davanteres, com que volem que quedin ben fixes al fuselatge, farem un forat
dins d'aquest. Quedaran ajustades gràcies a una mena de pastilla o topall que anirà pressionat
entre les dues parets del forat.
3.2.7 Unió de les parts
Per unir les parts haurem de començar a pensar en les limitacions de la impressora. Si volem
que l'avió sigui portable, s'haurà de poder muntar i desmuntar amb facilitat, així que la nostra
millor opció serà fer juntes.
El volum d'impressió de la nostra impressora és de 25x21 centímetres a la base i 21
centímetres d'altura. Com el nostre avió fa 65 centímetres d'ample i 39 centímetres de
llargada, l'haurem de dividir en 4 parts. Aquestes seran la primera part del fuselatge, les dues
ales i la segona part del fuselatge juntament amb la cua.
36
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Fig. 67: Avió descomposat
Font pròpia
Com s'aprecia a la foto, la part principal on s'enganxarà tot és la part davantera del fuselatge.
Hem decidit que contindrà part de les ales per ajudar amb la integritat d'aquestes en volar. Les
ales s'uniran al fuselatge amb un petit rectangle que sobresortirà d'aquest i entrarà en l'ala. A
la cua hi ha un mecanisme semblant però amb una forma més complexa.
Fig. 68: Frontisses “robart”
Font:
https://www.gliders.uk.com/AIRCRAF
T-SPARES-ACCESORIES/department
s/16/
Això es deu al fet que el pes del fuselatge és més elevat, i,
per tant, té sentit posar més d'una superfície que ajunti les
dues parts.
Les superfícies de control s'uniran a les ales i als
estabilitzadors horitzontals amb frontisses "robart". Per
instal·lar-les només cal un forat de diàmetre superior a 2,5
mil·límetres per cada part i una mica de cola. Només
haurem d'encaixar la frontissa en el forat i fixar-la amb la
cola.
3.2.8 Iteracions
Aquest avió ha passat per 5 iteracions principals. La diferència més gran es troba en les tres
primeres, però totes contenen canvis i avenços importants.
3.2.8.1 Primera iteració
Amb la primera iteració volíem provar un lema
molt conegut en la comunitat de l'aeromodelisme.
Aquest és "si s'assembla a un avió, volarà com un
avió". Això, però, vam veure que no era gens cert
quan vam començar a endinsar-nos una mica en
la teoria del vol i ens vam adonar que el nostre
"avió" no era res més que una roca lleugerament
aerodinàmica.
Fig. 69: Primera iteració
Font pròpia
37
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.2.8.2 Segona iteració
Per la segona iteració ja vam començar a fullejar
el llibre de David Pérez Segura, prèviament
mencionat. Aquest, però, tenia alguns problemes.
El fuselatge era massa petit per contenir cap
mena de component, les ales i els estabilitzadors
eren tan prims que no es podrien manipular i no
hi havia lloc on col·locar els servos. Estava clar
que el llibre ens estava descrivint un planador
d'una escala molt més gran de la que nosaltres
teníem al cap.
Fig. 70: Segona iteració
Font pròpia.
Fig. 71: Tercera iteració
Font pròpia.
3.2.8.3 Tercera iteració
Amb la tercera iteració ja vam cementar el
disseny que teníem al cap. Un avió petit i
manipulable, amb ales prou gruixudes per a
transportar un servo i un fuselatge on hi cabrien
tots els components. Aquest va servir de model
per a fer tots els canvis següents. Aquesta va ser
també la primera a tenir forats per components.
3.2.8.4 Quarta iteració
El quart disseny va ser el que vam utilitzar en
les dues primeres proves de vol. Aquest tenia
els alerons davanters més grans que l’anterior
perquè fos més controlable. A més, vam
incorporar generadors de vòrtexs, unes petites
protuberàncies que es troben entre la vora d’àtac
i l’extradós. Aquestes creen vòrtexs controlats
que ens ajudaran a controlar la pèrdua en
velocitats baixes.
Fig. 72: Quarta iteració
Font pròpia
Per a assegurar-nos que el centre de gravetat estava ben col·locat, vam moure les ales
lleugerament endarrere. Un altre canvi important és el motor, com es pot apreciar en la foto.
Aquest està molt més cobert perquè en cas de xoc, aquest no es trenqui.
3.2.9 Disseny final
El cinquè disseny i el final és la culminació de tots els vols fallits i tots els mesos de treball.
Aquest és exactament igual anterior però amb uns petits, però molt importants, canvis. A
38
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
escala de construcció hem decidit desfer-nos de les frontisses “robart” i utilitzar frontisses de
cinta americana, molt més accessibles al públic general i resistents. Tot i que creiem que les
“robart” tenen molts usos i poden ser molt duradores, en avions tan petits com el nostre
simplement no estan a l’altura. En l’àmbit de disseny hem incorporat dues coses que han fet
que el nostre avió passi de ser un perill incontrolable a l'avió veloç que tenim ara.
Per començar hem posat el muntatge del motor en diagonal,
no en creu. Això està fet perquè sigui més fàcil contrarestar
l’efecte de la guinyada adversa, el que prèviament pensàvem
que no era massa important fins que les proves de vol han
demostrat clarament el contrari. En tenir el muntatge en
creu, en muntar el motor serà tan fàcil com anar posant
volanderes al costat necessari fins que assolim l’angle
necessari per a contrarestar aquesta força.
Com també s’aprecia a la foto hem acabat fent forats pel
motor, perquè sigui més fàcil collar-lo al fuselatge.
Fig. 73: Part frontal del fuselatge
Font pròpia.
3.3 Construcció
3.3.1 La impressió
3.3.1.1 Impressora 3D
Per a la creació de les parts hem decidit
utilitzar la impressora de l'institut. Aquesta
és una Prusa MK3, reanomenada per
eliminar, gràcies al seu disseny tan intricat,
molts dels problemes més comuns en
imprimir, com són l'adhesió a la placa, la
calibració dels components, el soroll o la
interfície. Tot i això, al principi del projecte
la impressora ens va donar alguns
problemes, arribant a trencar-se. Per sort,
amb una mica d’estany i un soldador vam
aconseguir
arreglar
les
connexions
trencades.
Fig. 74: Prusa MK3
Font:
https://www.prusa3d.com/es/categoria/original-prusa-i3-m
k3s/
Nosaltres hem fet servir filament PLA, ja que és el més comú i el que menys dificultats dona.
Si haguéssim tingut una mica més de temps i pressupost hauríem triat el filament LWPLA,
dissenyat exclusivament per peces fràgils, però lleugeres (com és el nostre cas). Aquest, però,
39
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
és molt més car i trenca amb els nostres objectius, pel fet que volem fer l'avió el més
accessible possible.
3.3.1.2 Prusa Slicer
Per a traduir el nostre disseny a una cosa que pugui entendre la impressora hem fet servir el
programa “Prusa Slicer”, de l’equip Prusa i completament de codi obert. Aquest és un derivat
de Slic3r, un programa fet per Alessandro Ranelluci el 2016. Hem triat aquest programa
perquè creiem que és fàcil d’utilitzar i que dona molt bons resultats.
Configuració del programa
De la mateixa manera que amb l’inventor, el Prusa Slicer té moltes opcions molt avançades,
però les més importants es poden resumir en quatre.
“Infill”: Aquesta opció determinarà com dens
serà l’objecte a l’imprimir-lo i s’expressa en tant
per cent. D’aquesta manera, una peça amb un
100% de “infill” serà completament massissa.
Perímetres: Els perímetres fan referència al
nombre de voltes que ha de fer la impressora
cada cop que vol dibuixar una línia. Si posem 5
perímetres, l’avió pesarà considerablement més
que si només en posem 2.
Fig.75:Disseny de la impressió del fuselatge
(2% infill, 6 perímetres)
Font pròpia
Suports: Els suports són un tipus de bastida per a la peça. Aquests ajuden a suportar les zones que no
tenen cap tipus de lloc on recolzar-se, com seria la cara superior d’un cub. Aquests ajudaran al fet que
la peça tingui una millor qualitat.
Altura de capa: L’altura de capa fa referència al gruix vertical que ha de tenir cada capa.
Aquesta és la raó per la qual les nostres primeres impressions tenien superfícies tan aspres,
que resultaven en menys aerodinamica. Més tard vam descobrir l’opció “altura de capa
variable”, la qual calculava quines zones quedarien més llises i quines menys i aplicava una
altura més baixa o més alta respectivament.
40
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
La configuració ideal
Fig. 76: Impressora en acció
Font pròpia
A mesura que hem anat imprimint, hem
acabat utilitzant una configuració en la
qual s’arriba a un balanç entre lleugeresa i
resistència.
En aquesta configuració les peces tenen 2
perímetres, només tenen un 2% de “infill”,
només es posen suports en zones que
estiguin completament flotant i finalment
s’utilitza l’opció “altura de capa variable”
per assegurar que la impressió sigui tan
ràpida com sigui possible mantenint bona
qualitat.
3.3.2 El muntatge
Les parts principals de l'avió (el fuselatge, la cua i les ales) van encaixades entre si, sense
requerir cap mena de fixació. Això és gràcies a l'alta precisió de la impressora 3D. Les
superfícies de control, els alerons i els elevadors, s’uneixen a les ales i la cua amb frontisses
de cinta americana.
El motor va collat a la part davantera del
fuselatge, per quatre caragols. Els
servomotors van encaixats als forats
designats, i gràcies a la precisió de la
impressora 3D, encaixen perfectament
sense requerir fixació. La bateria, el
receptor i l'ESC, van col·locats tots en el
compartiment interior del fuselatge, i no
requereixen cap fixació, ja que a causa del
poc espai del compartiment, no es mouen.
Finalment, tanquem el compartiment amb
la tapa i fixem aquesta amb quatre
caragols.
Fig. 77: Avió construït
Font pròpia.
41
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
3.3.3 Circuit elèctric
Fig. 78: Circuit elèctric de l’avió
Font pròpia.
La bateria és una LiPo de tres cel·les (11.1V) de 2200 mAh i de 50C de descàrrega. Aquesta
es connecta a l'ESC, que té una tensió nominal de 30 V, més que suficient per al nostre motor.
L'ESC es connecta ara al motor “brushless” de 1120kV i alhora es connecta també al canal 3
del receptor. D'aquesta manera quan accionem la palanca del motor al comandament
radiocontrol, el motor girarà. Per acabar, podem connectar fins a un màxim de 4 servomotors
diferents del receptor, que s'accionaran movent les diferents palanques del comandament.
3.4 Proves de vol
3.4.1 Primera prova
En la primera prova, no vam aconseguir enlairar l’avió, ja que no vam tenir en compte la
mida de les hèlixs. Pel fet que aquestes eren d'una mida inferior al necessari, no tenien prou
força per a crear l'empenta requerida per a elevar l'avió del terra. L'hèlix de la qual
disposàvem era d'una grandària de 6 * 4 polzades, i necessitàvem una de mida 8 * 6 polzades.
3.4.2 Segona prova
Un cop solucionat el problema amb les hèlixs, i havent adquirit una de mida 8 * 6 polzades,
vam contactar amb el Club Aeronàutic Ègara, i ens van oferir pilotar l'avió per nosaltres. Un
cop allà, els socis del club, que molt amablement ens van ajudar, van veure que el centre de
masses estava descol·locat. Per tal que l'avió tingués qualsevol possibilitat de volar, el vam
haver de moure més endavant fent ús de plom. A més a més, vam reconnectar els canals
42
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
perquè l'avió es controlés de manera estàndard. Allà ens van informar sobre unes forces que
encara no havíem tingut en compte: les de guinyada adversa.
Tot i que hi ha moltes formes de corregir
aquestes, la més comuna és col·locar
volanderes sota el suport del motor perquè
aquest quedi amb un determinat angle.
Seguidament, vam posar l'avió a la pista
d'enlairament, i aquest es va enlairar
fàcilment i fluidament. Un cop en l'aire,
l'avió va fer dos girs molt suaus cap a
l'esquerra i cap a la dreta. D’aquesta manera,
vam comprovar que l'avió podia volar i girar.
Fig. 79: Avió volant
Font pròpia.
No obstant això, en augmentar la potència del motor, en mig vol, la guinyada adversa va
augmentar notablement, fent que l'avió perdés el control i s'estavellés.
El fuselatge va quedar danyat, i vam imprimir un de nou en 14 h.
3.4.3 Tercera prova
Un cop corregida la guinyada adversa, vam tornar al club Aeronàutic Ègara i vam provar de
volar l'avió de nou. Ens vam trobar amb un problema abans d'enlairar l'avió, ja que el nostre
tren d'aterratge era massa rígid i provocava que l'avió rebotés molt. Aquest rebot va provocar
que l'avió xoqués en intentar enlairar-se Els danys causats els vam arreglar amb cinta
adhesiva. Per culpa de les dificultats amb el tren d'aterratge, l'última opció que teníem era
llençar l'avió de la manera més suau i estable possible. Vam seguir aquest procés i l'avió va
volar establement un parell de segons, però en augmentar la potència, novament, l'avió va
entrar en una espira descontrolada, i es va estavellar, partint la part que uneix el motor amb
l’hèlix en dos.
3.4.4 Millores
Estudiant les diferents proves de vol i sent aconsellats pels membres del club, hem aconseguit
identificar els principals problemes del nostre avió.
El problema principal tenim el pes i el tamany de l’avió. La càrrega alar del nostre avió és de
9.375 m2/kg, fet que ens permet classificar-lo com un avió de combat. Per tant, és molt difícil
de controlar. Per a solucionar aquesta dificultat, el més fàcil és escalar l’avió, ja que el pes
recau principalment en els components de l’avió i aquests, per molt econòmics que siguin,
tenen més que suficient potencia per a volar avions més grans. Si a aquest problema li sumem
la falta d’un timó per a acabar de controlar l’avió l’aire, l’avió és simplement massa
susceptible a forces desestabilitzants productes del mateix avió o de l’aire extern, i
simplement no hi ha temps per a reaccionar i corregir-les amb les superfícies de control.
43
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Els membres del club també ens han recomanat utilitzar el perfil alar “Clark Y”, el més comú
i estable per a avions radiocontrol. També creuen que hauríem d’afegir més allargada al
morro de l'avió, per a no haver d’afegir pes per a col·locar el centre de gravetat en el lloc
desitjat.
A més a més, per millorar la precisió en les superfícies de control, ens han recomanat fer ús
de cable de piano per unir els alerons i els elevadors a les ales i als estabilitzadors horitzontals
respectivament.
44
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
4. Conclusions
Després de tota la recerca, el disseny i la construcció del nostre avió, no hem pogut assolir els
objectius que ens havíem proposat al principi del treball. Tot i que l’avió en vàries ocasions
ha aconseguit enlairar-se i s’ha pogut control·lar per uns segons, aquest no ha passat mai dels
10 segons de vol. Hem arribat a la conclusió que construir un avió amb impressora 3D que
compleixi els nostres objectius és bàsicament impossible. El plàstic PLA que hem utilitzat per
imprimir simplement pesa massa per a poder construir un avió tan petit.
Començant sense cap mena de coneixement, hem assolit educar-nos, dissenyar i construir un
avió de radiocontrol que, tot i no ser capaç de volar, creiem que té molt potencial.
Durant el treball hem tingut una gran quantitat de problemes. A l’haver-hi tanta informació
disponible sobre aquest tema, mai sabíem si havíem fet prou recerca o si pel contrari,
n’haviem fet massa. Un clar exemple d’això va ser la guinyada adversa. En comptes de
tindre-la en compte i aplicar correccions per a aquesta en la construcció, vam pensar que era
una força molt minoritària i que no tindria cap efecte en el vol. Com vam poder veure més
tard, el fet d’ignorar aquesta força va causar que l'avió s’estavellés contra el terra. Com a
situació contrària tenim els generadors de vòrtexs. Tot i que en la teoria aquests ajuden
moltíssim amb el control a velocitats baixes, la realitat és que en avions radiocontrol tan
petits com el nostre el seu efecte és quasi inexistent i a més a més provoquen una resistència
paràsita important.
Com hem dit abans, les raons principals per les quals l’avió no ha volat són dues, el seu pes i
la seva mida. Aquestes, però, es poden corregir amb relativa facilitat, ja que no és una qüestió
de feina o de temps, sinó de pressupost. Un avió més gran i menys pesat necessita varetes de
fibra de carboni per a suportar les ales, d’una bateria més gran, d’un ESC més car, d’un motor
més potent i de plàstic “LWPLA”, ja mencionat al treball.
Tot i que potser aquesta no és la conclusió a la qual esperàvem arribar quan vam començar
aquest projecte, creiem que tampoc és un mal resultat. Amb aquest projecte ens hem endinsat
en el fascinant món de l’aeromodelisme, hem obtingut coneixements que ens serviran per a la
carrera i ens hem familiaritzat amb programes CAD (disseny assistit per ordinador).
45
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
5. Bibliografia
Pérez Segurado, D. (2021). Aprende aeromodelismo desde cero (1.ª ed., p. 170).
Aerodinámica - EcuRed.Vist el 10 de maig de 2022. Disponible a:
https://www.ecured.cu/Aerodin%C3%A1mica
Martin Morillo, D. (2016). MEJORA AERODINÁMICA DE UN TURISMO. Vist el 27 d’octubre de
2022, disponible a:
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/87752/Vol%20I%20Memoria.pdf
Grupo Carman (2014) Aerodinámica | Definición y conceptos, Grupo Carman. Vist el 10 de
maig de 2022. Disponible a: https://grupocarman.com/blog/2014/04/09/aerodinamica/
Hernández, C., Leiton, A. and Acero, N. (2005) “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN
MICRO AVIÓN CON UN SISTEMA DE CONTROL NO CONVENCIONAL Y SELECCIÓN
DE MATERIALES.” Vist el 28 de setembre de 2022. Disponible a:
/http://biblioteca.usbbog.edu.co:8080/Biblioteca/BDigital/38151.pdf
Llanos, S. (2018) Ecuación de Bernoulli - Demostración, Principio y Aplicaciones - YouTube,
Profesor Sergio Llanos. Vist el 10 de maig de 2022. Disponible a:
https://www.youtube.com/watch?v=aXiSkWBKnzs
Muñoz, M.A. (2020) Teoria básica para aviones ligeros, Manual de Vuelo. Vist el 10 de maig
de 2022. Disponible a: https://www.manualvuelo.es/index.html
Santoro, B. (2018) Experimento Cómo Vuelan los Aviones. Principio de Bernoulli,
Experimentos científicos.Vist el 10 de maig de 2022. Disponible a:
https://www.experimentoscientificos.es/experimento-vuelan-los-aviones/?msclkid=4e4dd46b
c53c11ec93bdbb4342414145
La carga alar. (2015). Vist el 27 d’octubre de 2022, de El vuelo de la Gran Avutarda.
Disponible a: https://greatbustardsflight.blogspot.com/2015/09/la-carga-alar.html
Configuración alar. (2022). Vist el 23 d’octubre de 2022, de Wikipedia. Disponible a:
https://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_alar#Multiplano
Eixos de l'avió. (2022). Vist el 23 d’octubre de 2022, de Wikipedia. Disponible a:
https://ca.wikipedia.org/wiki/Eixos_de_l%27avi%C3%B3
46
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Estabilidad del avión – Aerodinámica. (2010). Vist el 14 de novembre de 2022, de ASOC:
PASIÓN POR VOLAR. Disponible a:
https://www.pasionporvolar.com/estabilidad-del-avion-aerodinamica/#:~:text=Estabilidad%2
0din%C3%A1mica%20positiva%2C%20en%20el,hacia%20el%20estado%20de%20equilibrio.
Mundo, A. (2018). Tipos de Estabilidad - Aerodinámica. Vist el 17 de novembre de 2022, de
Youtube. Disponible a: https://www.youtube.com/watch?v=p6_Bm6kVa04
Ala (aeronáutica). (2022). Vist el 10 de novembre de 2022, de Wikipedia. Disponible a:
https://es.wikipedia.org/wiki/Ala_(aeron%C3%A1utica)
Perfiles aerodinámicos, perfiles estables. (2015). Vist el 24 de novembre de 2022, de El
gato volante. Disponible a:
https://gatovolante.wordpress.com/2015/02/06/perfiles-aerodinamicos-perfiles-estables/
Hangar, E. (2021). Perfil Aerodinámico: Partes y Nomenclatura de perfil alar NACA 4 Dígitos.
Vist el 13 d’octubre de 2022, de Youtube. Disponible a:
https://www.youtube.com/watch?v=c88a68ykWQY
El código NACA de 4 y 5 dígitos. (2017). VIst el 22 d’octubre de 2022, de
https://greatbustardsflight.blogspot.com/ disponible a:
https://greatbustardsflight.blogspot.com/2017/01/el-codigo-naca-de-4-y-5-digitos.html
Baztán Vargas, T. (2018). DISEÑO DE UN PERFIL AERODINÁMICO SUSTENTADOR. Vist el 3
de novembre de 2022, disponible a:
https://repositorio.comillas.edu/rest/bitstreams/156486/retrieve
Jhann Tang (2021). Technical Manual Series: Brushless Motor Structure and Rotation
Principles. Vist el 30 d’octubre de 2022, disponible a:
https://blog.orientalmotor.com/technical-manual-series-brushless-motor-structure-and-rotati
on-principles
Laurel Nagel (2022). What is an Electronic Speed Controller & How Does an ESC Work.
Tytorobotics. Vist el 3 d’octubre de 2022. Disponible a:
https://www.tytorobotics.com/blogs/articles/what-is-an-esc-how-does-an-esc-work
(2022) DC Motors. Industrial Quick Search. Vist el 24 de novembre de 2022. Disponible a:
https://www.iqsdirectory.com/articles/electric-motor/dc-motors.html
47
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Dejan (2019). How Brushless DC Motor Works? BLDC and ESC Explained. How To
Mechatronics. Vist el 2 de desembre de 2022. Disponible a:
https://howtomechatronics.com/how-it-works/how-brushless-motor-and-esc-work/
(2020) Cómo funciona una hélice. ESCUELA DE AVIADORES. Vist el 5 de desembre de 2022.
Disponible a: https://escueladeaviadores.es/como-funciona-una-helice/
Fahad, E. (2021). RC Plane Designing Calculations, Making, and Flight Test. Vist el 4 de setembre
de 2022, de https://www.electroniclinic.com/ Disponible a:
https://www.electroniclinic.com/rc-plane-designing-calculations-making-and-flight-test/
Good, P. (2022). Are Bigger RC Planes Easier To Fly? Let’s Find Out. Vist el 9 de setembre de
2022, de https://www.goodiesrc.com/ Disponible a:
https://www.goodiesrc.com/are-bigger-rc-planes-easier-to-fly-lets-find-out/
How to Design and Print 3d Printed RC Aircrafts. (2018). Vist el 9 de setembre de 2022, de
https://www.instructables.com/ Disponible a:
https://www.instructables.com/How-to-Design-and-Print-3d-Printed-RC-Aircrafts/
How does vertical stabilisation work?. (2020). Vist el 9 de setembre de 2022, de
https://aviation.stackexchange.com/ Disponible a:
https://aviation.stackexchange.com/questions/78202/how-does-vertical-stabilisation-work
aircraft stability. (2017). Vist el 19 de setembre de 2022, de https://www.pilotpracticeexams.com
Disponible a: https://www.pilotpracticeexams.com/courses/lesson/aircraft-stability/
Ground Effect in Aircraft. (2015). Vist el 21 de setembre de 2022, de
http://www.aviation-history.com Disponible a:
http://www.aviation-history.com/theory/ground_effect.htm
Wood, A. (2022). Aircraft Horizontal and Vertical Tail Design. Vist el 21 de setembre de 2022, de
https://aerotoolbox.com/ Disponible a: https://aerotoolbox.com/design-aircraft-tail/
Science, T. (2020). Flow separation (boundary layer separation). Vist el 2 d’octubre de 2022, de
https://www.tec-science.com/ Disponible a:
https://www.tec-science.com/mechanics/gases-and-liquids/flow-separation-boundary-layer-sep
aration/
48
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Balancing a low wing plane. (2011). Vist el 2 d’octubre de 2022, de https://www.wattflyer.com
Disponible a: https://www.wattflyer.com/forums/showthread.php?t=65969
Installation of Vortex Generators. (2013). Vist el 7 d’octubre de 2022, de
https://www.vortex-generators.com/ Disponible a:
https://www.vortex-generators.com/installation-of-vortex-generators.html
Uddin, N. (2015). Design of NACA0012 airfoil and vortex generator. Vist el 9 d’octubre de 2022,
de https://www.researchgate.net Disponible a:
https://www.researchgate.net/figure/Design-of-NACA0012-airfoil-and-vortex-generator-a-perspec
tive-view-b-side-view-c_fig3_313205710
Ángel, M. (2015). Principios Básicos. Vist el 15 d’octubre de 2022, de https://manualvuelo.es
Disponible a: https://manualvuelo.es/1pbav/14_avion.html
¿QUÉ ES EL FLUJO TURBULENTO?. (2018). Vist el 15 d’octubre de 2022, de https://labsom.es
Disponible a:
https://labsom.es/blog/que-es-el-flujo-turbulento/#:~:text=Diferencias%20entre%20flujo%20turb
ulento%20y,un%20movimiento%20ca%C3%B3tico%20y%20aleatorio.
Tipos de flujo: flujos laminares y turbulentos. (2020). Vist el 30 d’octubre de 2022, de
https://ecofred.com Disponible a:
https://ecofred.com/es/blog/58/tipos-de-flujo-flujos-laminares-y-turbulentos
Support and learning. (2018). Vist el 30 d’octubre de 2022, de https://knowledge.autodesk.com
Disponible a: https://knowledge.autodesk.com/support/inventor/learn
PrusaSlicer. (2022). Vist el 11 de novembre de 2022, de https://help.prusa3d.com/ Disponible a:
https://help.prusa3d.com/category/prusaslicer_204
Brain, M. (2006). How Does a Brushless Electric Motor Work?. Vist el 17 de novembre de 2022,
de https://electronics.howstuffworks.com Disponible a:
https://electronics.howstuffworks.com/brushless-motor.htm
Annex 6.2
(Imatges extretes de https://es.wikipedia.org/wiki/Ala_(aeron%C3%A1utica) per a les figures
81 - 91)
49
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
6. Annex
6.2 Tipus d’ales
Les ales d’un avió poden ser de diferents formes, estar col·locades a diferent altura respecte
al fuselatge, poden tenir diferent gruix i poden tenir un angle respecte al fuselatge.
Al llarg de la història, hi ha hagut diferents dissenys d’ala, cadascun amb unes
característiques diferents:
-
Ala recta:
És l'ala típica de les avionetes, és barata i fàcil de construir. S'instal·la en
avions que fan vols curts i a poca altura, ja que són els més econòmics.
Fig. 80: Ala recta
-
Ala trapezoidal:
És més eficient que l’ala recta, sense ser massa més complexa. L’utilitzen algunes
avionetes i avions de combat supersònics.
Fig. 81: Ala trapezoidal
Fig.82:
el·líptica
Ala
50
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
-
Ala el·líptica:
És l'ala amb menys resistència induïda, i l'utilitzaven els avions de combat de la
Segona Guerra Mundial, ja que no portaven res als extrems de les ales, fet impossible
amb aquest disseny. És una ala molt complicada de construir i avui ja no es fa servir.
-
Ales en fletxa:
És una ala eficient per a volts subsònics a alta velocitat i per a vols supersònics,
aconseguint que amb un mateix motor, un avió que porti una ala en fletxa sigui més
ràpid que un avió amb ales perpendiculars al fuselatge. Les ales en fletxa també poden
ser plegables per a millorar la sustentació o per a tenir més resistència i l'agilitat.
Aquests són els tipus d'ales en fletxa:
-
Fig. 83: Ala fletxa estàndard
Fig. 84: Ala fletxa inversa
Fig. 85: Ala fletxa variable
Fig. 86: Ala fletxa doble
Ala Delta:
És una ala utilitzada principalment per avions de combat supersònics i té l'avantatge
de tenir la vora d’atac de l’ala lluny de l’onda de xoc generada per la punta de l’avió.
Aquestes són les variacions de l’ala Delta:
51
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Fig. 87: Ala Delta estàndard
Fig. 88: Ala Delta amb canards
Fig. 89: Ala Delta amb timons
Fig. 90: Ala Delta doble
6.1 Plànols
52
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
53
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
54
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
55
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
56
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
6.3 Posició de les ales en avions multiplans
Biplans: Els avions biplans tenen dues ales, de la
mateixa allargada i normalment tenen una en posició
baixa i l'altre en posició de para-sol. La majoria
d'avions previs als anys 1930, eren biplans.
Fig 91: Biplà
Font:
https://www.lasegundaguerra.com/viewtopic.ph
p?t=11104
Sesquiplans: Avions biplans els quals tenen l’ala de dalt més llarga que la de baix.
Fig.92: Sesquiplà
Font: https://twitter.com/aviacionhr_info/status/1222936438976761859
Sesquiplans
invertits:
Avions
biplans que tenen l’ala de baix més
llarga que la de dalt.
Fig. 93: Sesquiplà invertit
Font: https://it.wikipedia.org/wik
i/File:Caproni_Ca-100_Idro_I-DISC.jpg
57
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Triplans: Avions amb tres ales, una en posició baixa,
una en posició alta i l'última en posició de para-sol
Fig.94: Triplà
Font: https://es.wikipedia.org/wiki/Fokker_Dr.I
Quadriplans: Avions que tenen
quatre ales, en les mateixes
posicions que un triplà, però
afegint una en posició de para-sol
invers.
Fig 95: Quadriplà
Font:
https://www.quora.com/Were-triplanes-mass-produced-aircraft-with-th
e-largest-number-of-wings-Did-anything-successfully-have-more
Multiplans: Avions amb més de quatre ales.
Fig. 96: Multiplà
Font:
https://www.air-journal.fr/2020-03-04-le-4-mar
s-1921-dans-le-ciel-un-monstre-tombe-du-ciel5218600.html
6.4 Pressupost
Component
Link
Preu
Motiu de l’elecció
Motor
https://amz.run/6FIk
20,14€
El motor escollit és
econòmic i té una
potència més que
necessària per a fer
58
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
volar el nostre avió.
Bateria
https://amz.run/6FIm
14,99€
Aquesta bateria és
3s, per tan funciona
amb el nostre motor,
i té molta capacitat.
ESC
https://amz.run/6FIn
8,99€
Aquest ESC és una
de les opcions més
econòmiques i
compleix amb les
especificacions
requerides pel
motor.
Servos
https://amz.run/6FIo
14,99€
Aquests servomotors
són els més
universals de tots.
Són més potents del
necessari, però
d’aquesta manera
ens assegurem que
funcionin quan hi
hagi molta càrrega
per culpa del vent.
Frontisses
https://www.motionrc.
eu/products/robart-12a-3-32-hinge-points15-pack-rob306
6,99€
Són l’única mida
que encaixa amb els
nostres alerons. (Tot
i que al final no els
utilitzarem)
Mando i receptor
https://amz.run/6FIp
44,99€
Aquest conjunt és
l'opció més
econòmica del
mercat.
59
Disseny i Construcció d’un Avió Teledirigit Elèctric
Hèlix
https://juguetecnic.co
m/accesorios-y-reca
mbios/accesorios-avi
ones/helice-electrica9x6-color-hueso
4,40€
Hèlix de mesures
recomanades pel
fabricant del
producte.
Tren d'aterratge principal
https://www.motionrc.
eu/products/techonemercury-main-landing
-gear-tec08404
6.99€
Tren d’aterratge
econòmic que
quadra amb les
mesures del nostre
avió.
Tren d'aterratge de la cua
https://www.motionrc.
eu/products/benchcra
ft-tail-landing-gear-as
sembly-w-28mm-whe
el-bct5047-002
2,99€
Tren d’aterratge de
la cua més
econòmic. L’haurem
de retocar per poder
incorporar-lo al
avió.
Total:
125.47€
60