3. Temas Semestre 06-2

Los siguientes temas ofrecidos para el semestre 2006-2 son parte del desarrollo de un avión no tripulado (UAV) como subproyecto del Consorcio Tecnológico Aeronáutico (CTA) del Departamento de Ingeniería Mecánica en el cual participan también académicos de los departamentos de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería de Materiales.

Los equipos mayores (Avión, Túnel de Viento, etc.), los materiales y el apoyo científico y técnico para los temas ofrecidos están disponibles para garantizar la ejecutabilidad de los proyectos.

LISTADO DE TEMAS (ver detalles más abajo)
1. Modelo de UAV para túnel de viento
2. Catálogo de instrumentos de observación remota.
3. Plataforma giratoria para una antena direccional
4. Banco sincronizado de datos de vuelo del UAV
5. Estación remota para medir el viento
6. Visualizador de escenarios de vuelo de un UAV
7. Visualizador de datos de vuelo.
8. Procesamiento de datos de GPS diferencial
9. Desarrollo de la tecnología "fly by light"

DETALLES.

1. Modelo de UAV para túnel de viento
1 Estudiante de ingeniería electrónica o teleinformación
1 Estudiante de ingeniería mecánica o aerospacial.
Construir un prototipo de avión de 60 cm. de envergadura pivotado con un grado de libertad (pitch) y un sistema de medición de ángulo pitch basado en dos sensores. Uno en el sistema de pivoteo y uno en el avión que permita medir la inclinación del modelo. El modelo será probado en el túnel de viento. El sistema deberá permitir contrastar las mediciones en ambos sensores.

2. Catálogo de instrumentos de observación remota.
1 estudiante de ingeniería electrónica, teleinformación, mecánica o aerospacial.
Construir un catálogo de instrumentos de percepción remota aptos en tamaño y en peso para ser instalados y volados en un UAV de no más de 10 metros de envergadura.
Los instrumentos pueden ser del tipo spot (medición de un punto) linear array (medición de una línea) plane array (captura de una imagen). Deben cubrir el rango espectral compreendido entre los 200 nm (UV da baja frecuencia) hasta los 2500 nm más el rango de 3mm hasta los 10 mm (infrarrojo térmico. El catálogo debe entregar información completa sobre especificaciones técnicas y adquisición de los equipos.

3. Plataforma giratoria para una antena direccional
1 Estudiante de ingeniería electrónica o teleinformación
1 Estudiante de ingeniería mecánica o aerospacial.
Para mejorar la transmisión de datos entre un UAV y su estación de control terrestre, se propone el uso de un enlace direccional desde tierra hacia el avión. Para eso es necesario diseñar y construir una plataforma giratoria de dos grados de libertad para apuntar una antena direccional hacia la posición actual del avión. El proyecto incluye tanto la parte mecánica del sistema como también el sistema de accionamiento de los dos motores, la selección de una antena y la implementación de un algoritmo de predicción de trayectoria del UAV.

4. Banco sincronizado de datos de vuelo del UAV
1 Estudiante de ingeniería electrónica o teleinformación
1 Estudiante de ingeniería mecánica o aerospacial.
Cada vuelo con el UAV, equipado con autopiloto, 3 sets diferentes del mismo vuelo: a) datos internos, grabados en el autopiloto (approx. 10 minutos, 5 Hz), b) Datalog por telemetría enviando información sobre el vuelo actual a través del datalink a la estación control terrestre (tiempo infinito, approx. 5 Hz, susceptible a calidad del enlace de datos), c) Datalog adicional por telemetría, de datos adicionales que se transmiten junto con el datalog por defecto (20 datos, approx. 5 Hz). Es sumamente importante analizar los datos de cada vuelo en forma sincronizada. Para esto hay que contar con un sistema de administración y visualización de los datos que es necesario desarrollar.
Literatura: http://www.micropilot.com/prod_manuals.htm (manual del autopiloto)

5. Estación remota para medir el viento
1 Estudiante de ingeniería electrónica o teleinformación
1 Estudiante de ingeniería mecánica o aerospacial.
El vuelo del UAV está expuesto a las condiciones climáticas en el lugar de operación. Las variaciones en la velocidad del viento (ráfagas) se pueden interpretar como ruido externo para el sistema de control de vuelo. Para mejorar la identificación de parámetros del avión, basándose en datos de vuelo, es importante conocer este ruido en las señales. Por eso es importante contar con una estación de medición de la velocidad y dirección del viento atmosférico. Se dispone de los sensores y sistemas adicionales necesarios para armar una estación remota, capaz de operar en el Club de Aeromodelismo bajo las diversas condiciones climáticas que se presentan durante todo el año.

6. Visualizador de escenarios de vuelo de un UAV
1 Estudiante de ingeniería electrónica o teleinformación
1 Estudiante de ingeniería mecánica o aerospacial
Tanto para el análisis del vuelo del UAV como para la planificación de trayectorias es importante visualizar datos de vuelos realizados o navegar por regiones digitalizadas. Para ello se debe especificar un Mapa Digital de Elevación que se adquirirá y se implementará la simulación de vuelo sobre este DEM. La implementación puede ser en SIG (ENVI u otro software), Matlab (toolbox de realidad virtual) o simulador de vuelo (X-plane u otro) .

7. Tema queda nulo ya que estaba duplicado (ver tema 4)

8. Procesamiento de datos de GPS diferencial.
1 Estudiante de Ingeniería Mecánica o aerospacial
1 Estudiante de Ingeniería electrónica o Telecomunicaciones.

El autopiloto que se utiliza actualmente para realizar los vuelos autónomos con el UAV prototipo, se basa su sistema de navegación en un receptor GPS. Debido a la incertidumbre de las señales GPS debido a ruido atmosférico y otros, la exactitud de este sistema está limitada. Para aumentar la precisión del sistema GPS para permitir por ejemplo aterrizajes automáticos, se puede implementar un sistema de GPS diferencial en el autopiloto.
El objetivo del proyecto es determinar la mejor opción para poner a disposición del sistema una señal local de corrección DGPS, ya que en Chile es difícil obtener esta señal.
Literatura: http://www.wsrcc.com/wolfgang/gps/dgps-ip.html (propuesta de un sistema DGPS por Internet)

9. Fly by Light.
1 Estudiante de Ingeniería Mecánica o aerospacial
1 Estudiante de Ingeniería electrónica o Telecomunicaciones.

La comunicación entre el autopiloto y los servomotores se realiza a través de una señal PWM de un ancho de pulso entre 1 a 2 ms. La amplitud de esta señal es entre 3 a 5V. Los aviones que se usan para las tareas de prospección aérea son grandes y los cables entre los servomotores y el autopiloto también son cada vez más largos. Al alcanzar un largo crítico que corresponde a un cuarto de largo de la honda de la señal de transmisión, estos cables funcionan como antenas y captan una señal que no corresponde, lo que puede causar un movimiento no deseado de los servomotores.
Objetivo de este proyecto es estudiar la posibilidad de aislar las señales para los servomotores da cualquier influencia RF, usando fibra óptica para su transmisión dentro del avión. La tecnología de transmisión de señales PWM por fibra óptica es un tema bien conocido en la UdeC (José Espinoza) y está disponible toda la tecnología. La idea es llevar esta tecnología al prototipo UAV y equipar por lo menos un canal del sistema de control con fibra óptica.