Desarrollo e implementación de un modelo dinámico de un dirigible (vuelo a nivel Bogotá) y programación en MATLAB

Este trabajo está orientado al desarrollo del modelo matemático general de un cuerpo que se desplaza dentro de un fluido, siendo este modelamiento particularizado para los casos de aviones, helicópteros, globos aerostáticos y dirigibles. El desarrollo de la robótica aérea es uno de los campos que ti...

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Autores:: Rincón Gamboa, Helberth Alexander
Albornoz Velandia, Jaime Albeiro

Tipo de recurso:

Fecha de publicación:: 2011

Institución:: Universidad Libre

Repositorio:: RIU - Repositorio Institucional UniLibre

Idioma:

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description	Este trabajo está orientado al desarrollo del modelo matemático general de un cuerpo que se desplaza dentro de un fluido, siendo este modelamiento particularizado para los casos de aviones, helicópteros, globos aerostáticos y dirigibles. El desarrollo de la robótica aérea es uno de los campos que tienen gran interés dentro del contexto de la investigación en los diferentes centros y universidades a nivel mundial. En el proyecto se desarrolló un modelo matemático que permitió describir el comportamiento de vuelo de un cuerpo dentro de un fluido como el aire, bajo algunas restricciones del cuerpo respecto al movimiento. Estas ecuaciones permiten por medio de una programación en un software el proponer condiciones de vuelo y obtener el comportamiento bajo estas condiciones, el objeto es obtener trayectorias del vuelo y verificar como se está comportando bajo las condiciones. Específicamente nuestro objetivo es el modelamiento dinámico de un dirigible en las condiciones de Bogotá, tiene por objeto el desarrollo de un simulador basado en Matlab para el análisis del comportamiento y plantear misiones, se busca el modelo más real posible que permita conocer las gráficas que permitan el análisis, adicionalmente conocer cómo actúa a diferentes niveles sobre el mar, debido a que esto modifica el comportamiento de vuelo debido a los cambios de densidad de los gases como el helio y de la temperatura externa del aire con respecto al globo.
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Boeing Condor Exhibit, http://www.hiller.org , March 2003 Aeronautical Systems Center, Wright-Patterson Air Force Base, US Air Force Fact Sheet: Global Hawk, http://www.af.mil/news/factsheets/global.html,December 2002 NASA Dryden Flight Research Center, Helios Prototype, http://www.dfrc.nasa.gov/Research/Erast/helios.htm l, April 2002 Air Force Research Laboratory, High Altitude Balloon Experiment Fact Sheet, http://www.aftl.mil,June 2002 Tethered Aerostat Radar System Data Sheet, Air Combat Command Public Affairs Office,http://gomwg.faa.gov/aerostat.htm, March 1998 Colozza, A.J., “High Altitude Towed Glider,” NASA CR-198493, June 1996 Colozza, A.J., “SEADYN Analysis of a Tow Line for a High Altitude Towed Glider,” NASA CR-202308, December 1996 Sprigg, C, The Airship, University Press of the Pacific, Honolulu, Hawaii, 2001 Lockheed Martin, High Altitude Airship Data Sheet, http://www.lockheedmartin.com/akron/protech/aeroweb/aerostat/haa.htm,June 2003 National Aerospace Laboratory of Japan, Stratospheric Platforms Project, http://www.nal.go.jp/eng/research/spf/000.html, June 2003 Lindstrand Balloons Ltd., High Altitude Long Endurance Aerostatic Platforms Program,http://www.lindstrand.co.uk/hale.htm, February, 2003 Colozza, A.J., “Initial Feasibility Assessment of a High Altitude Long Endurance Airship,” NASACR-2003–212724, December 2003. NASA/TM— Córdoba González Mario Andrés, “The EFIGENIA EJ-1, AerospaceRobotics”. AUVSI Unmanned Systems 2001 July 31 – August 2, 2001 Conference. Baltimore, Maryland, U.S.A Córdoba González Mario Andrés, ”EFIGENIA EJ-1, An S/VTOL AutonomousUnmannedAerialvehicle”. IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace Bologna, Italy, Sep 2- Sep 7, 2001 Córdoba González, Mario Andrés, “Las Alas: Terminología, Tipos y Variaciones en el Diseño Aerodinámico”, Revista Aeronáutica, Edición 225, Enero 2001 Córdoba González, Mario Andrés, “Principios de Estabilidad y Control del Avión”, Revista Aeronáutica, Edición 226, Mayo 2001 ] Patiño D, Solaque. L., Gauthier A, AndLacroix. Estimation of the parameters of an experimental airship. In IEEE/RSJIROS 2005; workshop on robot vision for space application, Edmonton. Canada, Agust 2005 Khoury. G.andGillet J. Airship Technology.Cambridge Aerospace Series, 1999 AZINHEIRA, J. R.; CARNEIRO DE PAIVA, E.; RAMOS J.Jr.G. and BUENO, S. 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IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol. 20, no. 2, Leuven (Belgium), Pag. 3462-3467, May 1998 ZHENBANG GONG, J.R.; LUO, J. and XIE, S.; A flight control and navigation system of a small size unmanned airship, Proc. IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, pag. 1491-1496, Niagara Falls, Canada, July, 2005
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Estas ecuaciones permiten por medio de una programación en un software el proponer condiciones de vuelo y obtener el comportamiento bajo estas condiciones, el objeto es obtener trayectorias del vuelo y verificar como se está comportando bajo las condiciones. Específicamente nuestro objetivo es el modelamiento dinámico de un dirigible en las condiciones de Bogotá, tiene por objeto el desarrollo de un simulador basado en Matlab para el análisis del comportamiento y plantear misiones, se busca el modelo más real posible que permita conocer las gráficas que permitan el análisis, adicionalmente conocer cómo actúa a diferentes niveles sobre el mar, debido a que esto modifica el comportamiento de vuelo debido a los cambios de densidad de los gases como el helio y de la temperatura externa del aire con respecto al globo.Universidad Libre – Facultad de Ingeniería -- Ingeniería MecánicaThis work is oriented to the development of the general mathematical model of a body that moves within a fluid, this modeling being particularized for the cases of airplanes, helicopters, hot air balloons and airships. The development of aerial robotics is one of the fields that have great interest within the context of research in different centers and universities worldwide. In the project, a mathematical model was developed that allowed describing the flight behavior of a body within a fluid such as air, under some restrictions of the body with respect to movement. These equations allow, through software programming, to propose flight conditions and obtain the behavior under these conditions. The object is to obtain flight paths and verify how it is behaving under the conditions. Specifically, our objective is the dynamic modeling of an airship in the conditions of Bogotá, its objective is the development of a simulator based on Matlab for the analysis of behavior and to propose missions, the most real model possible is sought that allows knowing the graphs that allow the analysis, additionally, to know how it acts at different levels above the sea, because this modifies the flight behavior due to changes in the density of gases such as helium and the external temperature of the air with respect to the balloon.PDFhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2DirigibleModelo general dinámicoSistemas de propulsiónProgramación MATLABSimulaciónAirshipGeneral dynamic modelPropulsion systemsMATLAB programmingSimulationMatlab (Programa para computador)AeronavesDesarrollo e implementación de un modelo dinámico de un dirigible (vuelo a nivel Bogotá) y programación en MATLABTesis de Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fVehículos Aéreos No Tripulados: el futuro, hecho realidad. María Cirujano, colegio oficial de ingenieros aeronáuticos de España, 2008. Pág. 16-19Air & Space Power Journal, Vehículos aéreos no tripulados y vehículos aéreos de combate no-tripulados, Manjeet Singh Pardesi, Febrero 13 de 2006http://es.wikipedia.org/wiki/DirigibleJane’s All the World Aircraft 1987–88, Jane’s Publishing Co., 1987. 2. Jane’s All the World Aircraft 1977–78, Jane’s Publishing Co., 1977Hiller Aviation Museum, San Carlos, CA. Boeing Condor Exhibit, http://www.hiller.org , March 2003Aeronautical Systems Center, Wright-Patterson Air Force Base, US Air Force Fact Sheet: Global Hawk, http://www.af.mil/news/factsheets/global.html,December 2002NASA Dryden Flight Research Center, Helios Prototype, http://www.dfrc.nasa.gov/Research/Erast/helios.htm l, April 2002Air Force Research Laboratory, High Altitude Balloon Experiment Fact Sheet, http://www.aftl.mil,June 2002Tethered Aerostat Radar System Data Sheet, Air Combat Command Public Affairs Office,http://gomwg.faa.gov/aerostat.htm, March 1998Colozza, A.J., “High Altitude Towed Glider,” NASA CR-198493, June 1996Colozza, A.J., “SEADYN Analysis of a Tow Line for a High Altitude Towed Glider,” NASA CR-202308, December 1996Sprigg, C, The Airship, University Press of the Pacific, Honolulu, Hawaii, 2001Lockheed Martin, High Altitude Airship Data Sheet, http://www.lockheedmartin.com/akron/protech/aeroweb/aerostat/haa.htm,June 2003National Aerospace Laboratory of Japan, Stratospheric Platforms Project, http://www.nal.go.jp/eng/research/spf/000.html, June 2003Lindstrand Balloons Ltd., High Altitude Long Endurance Aerostatic Platforms Program,http://www.lindstrand.co.uk/hale.htm, February, 2003Colozza, A.J., “Initial Feasibility Assessment of a High Altitude Long Endurance Airship,” NASACR-2003–212724, December 2003. NASA/TM—Córdoba González Mario Andrés, “The EFIGENIA EJ-1, AerospaceRobotics”. AUVSI Unmanned Systems 2001 July 31 – August 2, 2001 Conference. Baltimore, Maryland, U.S.ACórdoba González Mario Andrés, ”EFIGENIA EJ-1, An S/VTOL AutonomousUnmannedAerialvehicle”. IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace Bologna, Italy, Sep 2- Sep 7, 2001Córdoba González, Mario Andrés, “Las Alas: Terminología, Tipos y Variaciones en el Diseño Aerodinámico”, Revista Aeronáutica, Edición 225, Enero 2001Córdoba González, Mario Andrés, “Principios de Estabilidad y Control del Avión”, Revista Aeronáutica, Edición 226, Mayo 2001] Patiño D, Solaque. L., Gauthier A, AndLacroix. Estimation of the parameters of an experimental airship. In IEEE/RSJIROS 2005; workshop on robot vision for space application, Edmonton. Canada, Agust 2005Khoury. G.andGillet J. Airship Technology.Cambridge Aerospace Series, 1999AZINHEIRA, J. R.; CARNEIRO DE PAIVA, E.; RAMOS J.Jr.G. and BUENO, S. S.; Mission path following for an autonomous unmanned airship, IEEE International Conference on Robotics and Automation, San Francisco, April, 2000AZINHEIRA, J. R.; Influence of wind speed on airship dynamics, Journal of Guidance,Control, and Dynamics, vol. 24, no. 6, pag. 1116-1124, Nov-Dec, 2002BONNET A. and LUNEAU, J.; Identification des coefficients aèrodynamiques dudirigeable AS500 du LAAS, Rapport technique, Etude Hydro-Aèrodynamique, LAAS/CNRS, March, 2003BOSCHMA, J.H.; The development progress of the {U}.{S}. {A}rmy’s SASS LITE,unmanned robot airship, 10th AIAA Lighter-Than-Air Conference and Exhibition,Scottsdale, September, 1993CAMACHO, E.F.; BORDONS, C.; Model Predictive Control in the Process IndustrySpringer, ISBN 3-540-199924-1, 1995CLARKE, D.W.; Generalized Predictive Control, Part I, The Basic Algorithm, Automatica, Vol 23, No. 2: pp. 137-148, July, 1987DE PAIVA, E.; BUENO, S.; VARELLA GOMES, S.; BERGERMAN, M. and RAMOS,J. A.; Control System Development Environment for AURORA’s SemiAutonomousRobotic Airship, IEEE International Conference on Robotics and Automation, Detroit,Mi. (USA), May, 1999DIAZ, H.; SOLAQUE, L. and GAUTHIER, A.; Fuzzy identification and parallel distributedcompensation for cruise flight phase of a blimp, V CongresonternacionalElectrónicay Tecnologías de Avanzada - CIETA, Pamplona (Colombia), September, 2006DIAZ, H.; SOLAQUE, L. and GAUTHIER, A.; Fuzzy identification and parallel distributedcompensation for cruise flight phase of a blimp, V CongresonternacionalElectrónicay Tecnologías de Avanzada - CIETA, Pamplona (Colombia), September, 2006ELFES, A.; MONTGOMERY, J. F.; HALL, J. L.; JOSHI, S.; PAYNE, J. and BERGH,C. 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