Maestría en Ingeniería - Énfasis en Ingeniería Aeroespacial
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Publicación Acceso abierto Análisis del efecto en la sustentación de un perfil alar con un cuerpo romo rotando en él(Universidad del Valle, 2024) Guerrero Martinez, Brayan Manuel; Jaramillo Pizarro, Guillermo AndrésEl presente estudio se centra en el análisis del efecto de cuerpos romos rotando en perfiles alares, con un enfoque particular en la fuerza de sustentación (L) y arrastre (D). A partir de investigaciones previas, se diseñaron y adaptaron experimentos para superar las limitaciones tecnológicas, evaluando dos propuestas de cuerpos romos: el cilindro y el triángulo redondeado. Mediante comparación experimental con el perfil NACA 0018 sin modificaciones se demostró que los cuerpos romos inducen efectos aerodinámicos significativos a Re=51×103. El uso de celdas de carga y una balanza aerodinámica es un método no utilizado antes en investigaciones de este tipo y permitió obtener mediciones, a pesar de los desafíos tecnológicos que supone. Los resultados experimentales revelaron para los AOA mayores a 20° el cuerpo romo cilíndrico obtuvo un aumento promedio en el CL del 21% y el cuerpo romo triangular un 6% a la velocidad de U = 1.6. Las simulaciones en CFD permitieron la visualización del flujo y su comportamiento con cada cuerpo romo. Las diferencias entre los resultados experimentales y de CFD subrayan la necesidad de continuar investigando y mejorando los métodos de medición y simulación para una comprensión más precisa de estos fenómenos aerodinámicos.Publicación Acceso abierto Desarrollo y evaluación de técnicas de control no lineal para el sistema de control de actitud de un CubeSat en orbita(Universidad del Valle, 2022) Cortés García, Ernesto David; Rodriguez-Pirateque, German-WedgeLos nanosatelites, en especial los CubeSats, representan una herramienta de bajo costo para el estudio, interpretaciOn y diseilo de los m6dulos satelitales y sus factores asociados. Con la llegada de los CubeSats a la industria aeroespacial, existe un aumento en el desarrollo y ejecución de misiones satelitales trayendo consigo las problemáticas características de cada subsistema satelital. Particularmente para el subsistema de determinaci6n y control de actitud (ADCS), las problemáticas del sistema radican en el alto grado de no linealidad del modelo dinámico satelital y las perturbaciones del entorno orbital. La cinética contiene no linealidades algebraicas de segundo orden por parte de la velocidad angular; por otro lado, dependiendo de las coordenadas de actitud en las que se describa la orientación del satélite, la cinemática puede contener no linealidades algebraicas y/o trigonométricas y conllevar a singularidades geométricas o indeterminaciones. Las perturbaciones a su vez afectan el movimiento rotational del satélite. Estas problemáticas presentes en el modelo dinámico (cinético y cinemático) afectan el desarrollo de los controladores, dado que complican la implementación de las leyes de control, limitan el rango de operación del satélite y requieren de técnicas para el rechazo de perturbaciones. Esta investigación aborda el desarrollo de técnicas control de actitud para un CubeSat que comprenda las no linealidades del modelo dinámico satelital y rechace perturbaciones del entorno orbital con el fin de realizar maniobras de apuntamiento. En este escenario, el sistema de control de actitud es capaz de realizar: apuntamiento solar, seguimiento a nadir y seguimiento activo terrestre. Mediante el uso de la metodología en V, se abordan los procesos de diseño de misión, los requerimientos para el subsistema, el desafío e implementación de la dinámica orbital, satelital y los controladores y por último, la evaluación de los controladores y verificación del cumplimiento de los requerimientos. La trayectoria satelital se obtiene mediante modelos de propagación orbital; la cinemática y controladores del satélite se implementan con la coordenada de actitud mas reciente, los parámetros modificados de Rodrigues (MRP) y su cinética abarca los aspectos no lineales del modelo matemático del CubeSat. Se hate uso de la teoría de Lyapunov como un instrumento matemático para validar la estabilidad en la implementación de dos controladores no lineales: uno por retroalimentación no lineal y otro por mottos deslizantes (SMC). Cada controlador afecta los tres apuntamientos individualmente, las dinámicas orbitales, satelitales y del controlador son integradas en un mismo entorno de simulación. Como resultado del proceso, los controladores no lineales implementados logran realizar maniobras de apuntamiento rechazando las perturbaciones y cumplen los requerimientos establecidos. Finalmente, mediante el análisis del error de apuntamiento se concluye que las técnicas de control no lineal son una opción viable y alterna a los controladores típicamente usados.Publicación Acceso abierto Estudio del efecto de humedad y temperatura en disminuir la resistencia uniaxial de láminas poliméricas(Universidad del Valle, 2020) Salcedo Valencia, Daniel José; Valdes Ortiz, Jairo AntonioEl presente documento presenta un estudio del efecto de la humedad y temperatura en la resistencia uniaxial de láminas poliméricas, desde la micromecánica de láminas fibrorreforzadas. Consta de tres capítulos centrales: 1. Micromecánica y elasticidad: en el cual se muestra una síntesis de los conceptos de micromecánica de una lámina, desde los tipos de materiales de acuerdo con su tensor de coeficientes elásticos, pasando por la ley de mezclas, hasta la predicción de los módulos de elasticidad de la lámina 2. Inclusión de humedad y temperatura: el cual incluye los esfuerzos higrotérmicos, incluyendo en la ley de Hooke para un material ortotrópico la expansión térmica y por humedad, y una manera de estimar la degradación del material por estos efectos 3. Criterios de falla da la lámina: en el que se seleccionaron los criterios de falla más comunes usados en el diseño de los materiales fibrorreforzados, entre los cuales están el criterio del máximo esfuerzo, el criterio de la máxima deformación y el criterio de interacción de falla. Se describen las normas para estimar la resistencia del material unidireccional y su caracterización Finalmente, se propone un diagrama de flujo para el proceso de diseño de un material compuesto fibrorreforzado sometido a temperatura y humedad.Publicación Acceso abierto Una novedosa plataforma educacional levitada magnéticamente para la determinación, control y simulación de la actitud de pequeños satélites.(Universidad del Valle, 2020) Martínez Diaz, Rodrigo; Ealo Cuello, Joao Luis; Buitrago Molina, José TomásEste trabajo se ocupa del diseño, modelamiento y simulación del desempeño de una Plataforma Educacional Levitada para la Determinación y Control de Actitud (ADCS) de pico satélites fundamentada en un subsistema de suspensión electromagnética (EMS). Lo novedoso consiste en la utilización de la suspensión/levitación magnética simulando las condiciones de ingravidez y baja fricción del espacio exterior. Se consiguen tres grados completos de libertad con giro de 3600 alrededor de los ejes x, y, y z al cuerpo de la nave, a diferencia de los sistemas construidos con cojinetes de aire comprimido en donde estas rotaciones están restringidas por la presencia de conductos de aire. La determinación y el control de actitud son procesos críticos para la operación de los satélites. El prototipo de plataforma se concibe como un laboratorio de pruebas para la determinación, control y simulación de actitud de pequeños satélites desde el nivel de componentes al nivel del sistema integrado. Sus posibilidades de aplicación se extienden a pruebas de sensores, actuadores, algoritmos de control y experimentación en áreas afines como el electromagnetismo, la radiocomunicación, la comunicación digital y las antenas. Las maniobras del control de actitud se ejecutan con únicamente tres bobinas electromagnéticas que sirven como actuadores primarios. Se realiza un estudio combinado experimental y teórico donde el cuerpo del pico satélite se suspende a través de un subsistema maglev. Un subsistema ADCS controla los tres ángulos de Euler (roll, pitch, yaw). Este diseño se fundamenta en el método de los Quaternions, superando los inconvenientes de las singularidades en las soluciones que surgen en otros métodos, como en la formulación de las ecuaciones cinemáticas en términos de los ángulos de Euler. Los resultados se visualizan y analizan a través de simulaciones computarizadas.Publicación Acceso abierto Detección de daños en materiales compuestos usando ondas de LAMB(Universidad del Valle, 2017) Collazos Burbano, David Alejandro; Ealo Cuello, Joao LuisEste documento contiene los resultados de investigación del estudio de las ondas de Lamb para detectar daños en materiales compuestos. Una onda de Lamb es una onda elástica que se propaga en estructuras tipo placa, deformando el espesor mientras viajan. Debido a que estas son ondas guiadas es posible utilizarlas en ensayos no destructivos para determinar daños a cualquier profundidad de la muestra bajo estudio. El documento inicia presentando el estado del arte de las técnicas de inspección no destructiva que emplean ondas de Lamb. La información se organiza en tres partes: la primera contiene una descripción de las herramientas teóricas y numéricas utilizadas para estudiar la interacción de las ondas de Lamb con el medio. La segunda contiene los mecanismos de generación y medición, incluyendo una discusión acerca de las técnicas mecánicas, ópticas e híbridas. El estado del arte finaliza con las estrategias de post-procesamiento y extracción de información que se pueden utilizar cuando se trabaja con estas ondas.