Introducción al Aeromodelismo

¿Alguien se ha preguntado alguna vez cómo vuelan los aviones, los drones? En caso afirmativo, profundicemos en la ciencia de los aviones y drones. Entre los aspectos más atractivos del curso ha sido el desafío de construir aviones con piezas de madera y hacer que las hélices giren con motores reales. Aunque el aeromodelismo parece ser un tema muy relacionado con la ingeniería aeroespacial/aeronáutica, involucra muchos conceptos interdisciplinarios, principalmente ingeniería aeroespacial/aeronáutica, ingeniería mecánica, ingeniería electrónica, ingeniería eléctrica e informática. El desarrollo de estas habilidades de ingeniería a través del aeromodelismo proporciona una buena comprensión de sus roles en el mundo real de la fabricación de aeronaves y brinda una gran oportunidad para la innovación.

Aeromodelismo

Se refiere a la actividad de diseño, construcción y vuelo de vehículos aéreos. Estos modelos son solo versiones pequeñas de aviones de la vida real. La categorización de los modelos es:

• Modelos estáticos

Un modelo estático de un avión se considera un objeto de colección. Los modelos de estos aviones se construyen y pintan para exhibirlos en museos. El uso de modelos estáticos es muy popular entre las principales aerolíneas para publicitar sus aviones. En los primeros días de los viajes aéreos, las aerolíneas fabricaban modelos grandes de sus aviones y los enviaban a las agencias de viajes como artículos promocionales, siendo algunos de los más notables Delta Air Lines y Air France. Varios de estos modelos se encuentran entre los mejores modelos de aviones coleccionables.

• modelos funcionales

A aquellos modelos que vuelan sin tener que ser controlados desde tierra se les conoce como modelos de vuelo libre. La madera de balsa se usa típicamente para hacer estos «planeadores» simples. Es posible controlar algunos aviones desde el suelo con control remoto. Muchos modelos voladores parecen versiones reducidas de aviones pilotados, mientras que otros no tienen intención de parecerse a aviones tripulados. Hay modelos de pájaros y dinosaurios voladores. El comportamiento de vuelo de una aeronave depende de su escala. La escala y la velocidad influyen en el número de Reynolds. Los modelos a escala a menudo necesitan hélices más grandes que la escala, ya que la resistencia aumenta con números de Reynolds bajos.

Diferentes tipos de modelos Aero

• Cohete de agua 

Una miniatura de un cohete real. El principio de funcionamiento es la tercera ley de movimiento de Newton. Funciona llenando la botella de agua parcialmente con agua y luego presurizando el interior con aire.

Principio de funcionamiento: En reposo, las fuerzas están equilibradas. es decir, la fuerza de gravedad y la fuerza normal se equilibran entre sí. En movimiento, Thrust supera la fuerza gravitacional y se mueve hacia arriba. La segunda ley de movimiento de Newton para masa variable y la tercera ley de movimiento de Newton se utilizan en el concepto de cohete de agua. 

Segunda ley de movimiento de Newton para masa variable: La segunda ley de Newton establece que la tasa de cambio del momento de un sistema aumenta o disminuye con la fuerza aplicada. Usando esta ecuación,

 m × (dv⁄dt) + v × (dm⁄dt) = F

Para masa variable, se puede establecer como,

 F+ v _rel × ( dm⁄dt) = m × a

Donde v _rel es la velocidad relativa de la masa expulsada con respecto a la masa del centro del cuerpo.

Tercera ley de movimiento de Newton: Cada acción en la naturaleza va acompañada de una contrarrestación.

F _AB = -F _BA

Herramientas y Materiales Utilizados en la construcción: Botella de plástico (cuerpo del cohete), aletas, soporte de aletas, tapón, conector de tapón, conector de bomba, tubo de extensión.

• Avión controlado por radio (avión RC)

Un avión controlado por radio (avión RC) es una miniatura de un avión real. Está controlado por un transmisor de mano que se comunica con el receptor instalado dentro del modelo RC.

Principio de funcionamiento : un avión está sujeto a cuatro fuerzas durante el vuelo. Las fuerzas involucradas son la gravedad, la fuerza de sustentación, el arrastre y el empuje. El ala de un avión, llamado perfil aerodinámico, tiene una forma tal que el aire por el que pasa se divide en el borde de ataque, cruzando a diferentes velocidades por encima y por debajo de él, de modo que alcanzará el mismo punto a lo largo del borde de salida del ala al mismo tiempo. Es posible calcular la fuerza de sustentación en un perfil aerodinámico con el principio de Bernoulli si se conoce el comportamiento del flujo de fluido alrededor del perfil. El aire que se mueve a mayor velocidad tiene una presión de aire más baja que el aire que se mueve a menor velocidad, de acuerdo con el principio de Bernoulli. 

PAGS ₁ + 1⁄2 × ρ (v ₁ ) ² + ρ × gramo × h ₁ = PAGS ₂ + 1⁄2 × ρ (v ₂ ) ² + ρ × gramo × h ₂

Herramientas y materiales utilizados en la construcción: Corosheet para el cuerpo, espuma de poliestireno para el ala, ESC (controlador electrónico de velocidad), batería, transmisor, receptor, motor.

• Planeador

El planeador es un avión que no tiene motor. Viaja flotando en el aire. Puede permanecer en el aire siempre que sea levantado por el aire.

Principio de funcionamiento: es necesario generar sustentación en un planeador para que vuele. La sustentación es generada por el planeador moviéndose a través del aire. Los planeadores también generan arrastre cuando se mueven por el aire. El empuje generado por el motor de un avión propulsado se opone a la resistencia, pero un planeador carece de un motor para generar empuje. Los planeadores están diseñados para descender lenta y eficientemente. Son lanzados por un avión para dar velocidad inicial ya que no tienen ningún motor. También trabajan sobre el principio del principio de Bernoulli.

PAGS ₁ + 1⁄2 × ρ (v ₁ ) ² + ρ × gramo × h ₁ = PAGS ₂ + 1⁄2 × ρ (v ₂ ) ² + ρ × gramo × h ₂

Herramientas y Materiales Utilizados en la construcción: material depron utilizado para el diseño, servos, Transmisor, Receptor.

• multirrotor

Multirotor es un tipo de avión que tiene más de dos rotores. Estos rotores ayudan a proporcionar sustentación y empuje a la aeronave.

Principio de funcionamiento: Multi-Rotor funciona en modo relacionado con la potencia, lo que significa que cuando el rotor empuja el aire, el aire también empuja el rotor hacia atrás. Este es el principio básico de que Multi-Rotor puede subir y bajar. Además, cuando el rotor gira más rápido, la altura aumenta y viceversa. La dinámica de fluidos juega un papel importante en el rendimiento del rotor. La rotación de la hélice en el aire provoca diversas fuerzas, como la colisión y la gravedad. El sistema operativo de los drones es similar al de los aviones. 

Herramientas y Materiales Utilizados en la Construcción: Chasis, Motores, ESC (controlador electrónico de velocidad), Hélice, Batería, Controlador de Vuelo, Transmisor, Receptor.

• Helicópteros

Es un tipo de avión, que puede despegar y aterrizar verticalmente. Los rotores se utilizan para suministrar ascensores a los helicópteros. Vuela en las direcciones hacia atrás, adelante y lateral. 

Principio de funcionamiento: A medida que las palas del helicóptero giran, producen una fuerza llamada sustentación que permite que el helicóptero flote. La fuerza de elevación es generada por el rotor principal. Los helicópteros con rotores giratorios son técnicamente más complejos que los aviones verticales. La pudrición de la cola produce un empuje similar al de la hélice de un avión. Esto se llama una reacción de Torque. La tercera ley de movimiento de Newton y la dinámica de fluidos se utilizan en el funcionamiento de los helicópteros.

Herramientas y materiales utilizados en la construcción:  fuselaje, láminas de policarbonato (parabrisas), motores, hélice, batería, controlador de vuelo, transmisor, receptor.

Problemas de muestra

Pregunta 1: Mary y Goldy se empujan con cierta fuerza. Como resultado, ambos se movieron en direcciones opuestas. Considerando la masa de ambas personas como la misma. Encuentra a la persona que estuvo más cerca del punto de partida.

Solución: 

Tanto Mary como Goldy viajarán la misma distancia ya que la fuerza que actúa sobre ambos cuerpos es igual. Por eso

F ₁ = F ₂

metro ₁ un ₁ = metro ₂ un ₂

Como la masa de ambos cuerpos es igual, entonces, 

un ₁ = un ₂

Por lo tanto, ambos viajarán la misma distancia ya que la aceleración de ambos es igual.

Pregunta 2: Dé un ejemplo de la vida real de la tercera ley del movimiento de Newton.

Solución:

Cada vez que nos paramos, nos sentamos o nos acostamos, no sentimos nada. Pero en realidad hay una reacción desde el suelo que contrarresta nuestro peso corporal. La acción aquí es el peso de nuestro cuerpo y la capacidad de reacción es una poderosa fuerza del suelo para apoyarnos. Entonces, la tercera ley de movimiento de Newton está actuando entre el peso de nuestro cuerpo y la fuerza normal del suelo o la silla.

Pregunta 3: Explique brevemente dos aplicaciones de los drones.

Solución:

1. Entrega de artículos: la entrega de alimentos y el transporte local de mercancías se realiza mediante drones, ya que pueden transportar cargas pesadas y acelerar los tiempos de entrega. También reduce el trabajo humano y es seguro y rentable. Como funciona programáticamente, puede entregar en la puerta y también reducirá los costos de transporte.
2. Fotografía: como los drones pueden capturar imágenes desde una buena altura, se utilizan para capturar las partes de la tierra a las que los humanos no pueden llegar por carretera. Incluso se utilizan en la fotografía de bodas y en muchas películas. También se utilizan para la ciencia y la investigación.

Pregunta 4: Explique la diferencia entre un cohete de agua y un cohete de combustión.

Solución:

1. Un motor de cohete usa calor para crear un empuje, mientras que un cohete de agua usa la presión del agua para crear un empuje.
2. Dado que el agua es 100 veces más pesada que el aire, el agua extraída produce una presión mayor que el aire comprimido solo.
3. El cohete mezcla aire y aceite para formar un fuego, que empuja los lados del motor, mientras que el balancín de agua presiona el agua.

Pregunta 5: ¿Por qué a los aviones se les da forma aerodinámica?

Solución:

Los aviones y los barcos han desarrollado cuerpos elaborados para reducir la resistencia. Un cuerpo bien formado experimenta menos resistencia al caminar sobre el agua o el aire. Ayuda a reducir la fricción. Muchos animales, como pájaros y delfines, y la tecnología, como aviones y submarinos, tienen cuerpos bien organizados. Estos cuerpos bien organizados se denominan cuerpos aerodinámicos.