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desarrollo_de_perfiles_alares_con_carton_pluma

En fabLAB Asturias llevamos tiempo experimentando con diseños de perfiles alares para nuestros UAVs. Nuestros primeros diseños usaban perfiles simples como los diseños “Armin Wing” de ExperimentalAirlines o los diseñados por la gente de FliteTest. Después quisimos probar cómo diferentes perfiles alares modificaban las características de vuelo de nuestros diseños, pero sin dejar de utilizar las técnicas con cartón pluma en la cortadora láser. Asi que empezamos a buscar una solución y diseñamos un proceso para partir de un perfil alar real y fabricar una aproximación en cartón pluma.

Para hacerlo, usamos InkScape, un programa de diseño vectorial libre y gratuito. Es una herramienta increible que usamos para varios procesos en el Fab Lab. Podeis descargarla de http://www.inkscape.org.

Primero empezamos con un perfil alar real. Podeis descargaros perfiles de la base de datos AirFoil Tools en http://airfoiltools.com. Para este ejemplo vamos a usar el perfil s7055, un buen perfil para planeo a bajas velocidades. Entonces, vamos a la base de datos AirFoil Tools, buscamos el s7055, y pulsamos en el enlace “send to airfoil plotter” en la esquina inferior derecha de la imagen del perfil.

Pulsamos en el enlace “SVG image as text file” para descargar el archivo SVG (un formato vectorial) del perfil. Y abrimos InkScape.

Vamos a Archivo→Abrir y seleccionamos el archivo s7055-il.svg que acabamos de descargar. Primero vamos a borrar todo lo que no necesitamos. Selecciona todo arrastrando con el ratón, y presiona CTRL+MAYS+G para desagrupar todo (puede que lo tengas que pulsar varias veces hasta que veas cajas de selección alrededor de cada linea). Borra todo (seleccionando con el ratón y pulsando SUPR) salvo el perfil y la línea azul de cuerda alar (dejo esta linea como referencia para un ángulo de ataque neutro).

Debería quedar algo como esto:

Ahora podemos hacer el airfoil del tamaño que queramos. Selecciona las unidades con las que desees trabajar (normalmente milímetros), asegurate de que el candado está cerrado, e introduce el nuevo largo del perfil. En el ejemplo uso 190mm.

Ahora, como no podemos hacer curvas suaves en cartón pluma sin emplear un montón de trabajo y tiempo, vamos a hacer una aproximación al perfil real usando varias superficies rectas. Selecciona el perfil y cópialo con CTRL+C, CTRL-V. Selecciona la herramienta Bezier y dibuja lineas rectas sobre el perfil intentando seguir la forma. Pulsa en el punto inicial y mueve el ratón volviendo a pulsar en el punto final del segmento que quieras dibujar, continuando añadiendo segmentos hasta que llegues al punto inicial que se reslatará para que al pulsar encima, cierres el trayecto. En zonas suaves puedes hacer lineas largas, pero en curvas cerradas debes hacer líneas cortas para adaptarte a la forma. El resultado después de borrar el perfil rojo sería algo como esto:

Ahora vamos a marcar las transiciones entre segmentos con líneas perpendiculares. Normalmente hago una copia del paso actual y trabajo sobre la nueva. Las líneas no tienen que ser perfectamente perpendiculares, pero intenta hacerlo lo mejor posible:

Después vamos a dibujar la forma completa del cartón pluma. Primero tenemos que tener en cuenta el grosor de la plancha que usemos. Normalmente usamos 3 o 5mm, asi que voy a dibujar un círculo de 5mm de diámetro con la herramienta círculo (dibuja un círculo y luego redimensionalo al grosor del material), y copia y pégalo dentro del perfil sobre las líneas perpendiculares de esta forma:

Las dos últimas no están sobre ninguna línea perpendicular, pero nos ayudarán en el siguiente paso, dibujar el interior del cartón pluma. Selecciona de nuevo la herramienta Bezier y conecta los puntos donde los círculos coinciden con las lineas perpendiculares en el interior del perfil. Los bordes de ataque y salida del ala tienen truco. Para el borde de ataque tendremos que quitar espuma para lograr un doblez tan agudo, asi que vamos a fijarnos sólo en el grosor de ese punto (tocando en el círculo rojo). Para el borde de salida, vamos a dibujar el cartón pluma tal cual es, rectangular, y luego podremos hacer el corte en chaflán si queremos cuando construyamos el ala. El resultado:

Y después de limpiar, la sección de nuestra ala debería ser algo como esto:

Usando la misma técnica, podemos dibujar una costilla que irá dentro del ala para definir su forma. Necesitarás varias dependiendo de la longitud del ala. Es mejor si no la dibujas completa por delante o por detrás (los cortes pequeños en cartón pluma con la láser no funcionan bien), y te ajustas a donde tengas un doblez delantero para luego alinearlas cuando las montes:

Pero antes de montar nada, tenemos que llevar este diseño a una plancha plana de cartón pluma, asi que vamos a medir cada segmento. Para ello, en el paso anterior (antes de limpiar), seleccionando la herramienta bezier de nuevo, y empezando en la cara EXTERNA del borde de salida, pulsa con el ratón y muevete al final del segmento. Si miras en la barra inferior de InkScape, verás el ángulo y longitud del segmento entre la posición actual del ratón y el punto inicial del segmento. Si la longitud que ves está en pixeles, vete a Archivo→Propiedades del documento, y cambia las unidades por defecto a milímetros.

Anota la longitud de ese segmento y continua al siguiente anotando todas las longitudes.

Ahora vamos a llevar esas medidas a una línea plana. Primero necesitamos aprender a usar guias en InkScape. Puedes insertar guias pulsando en una de las reglas del área de dibujo y arrastrando el ratón a donde quieras dejarla. Puedes hacer guias verticales u horizontales partiendo de las reglas vertical y horizontal. Ahora vamos a dibujar un regla vertical y otra horizontal en otra parte del documento, definiendo un origen de coordenadas, y empezando en ese origen (el puntero se ajusta a la intersección), vamos a dibujar un rectángulo con la herramienta reactángulo. Dibuja un rectángulo fino de una longitud al azar, y luego redimensiona el alto a la longitud de tu primer segmento. Después arrastra una guia nueva al final del rectángulo:

Ahora repítelo para el resto de segmentos, dibujando nuevos rectángulos encima de los anteriores, usando la nueva intersección entre guias, y redimensionalos a la longitud de los siguientes segmentos de tu lista. No importa si los rectángulos no tienen el mismo ancho, sólo nos importa el alto. Cuando termines, ya tienes las guias para diseñar un ala recta:

Usando las guias, puedes dibujar un rectángulo desde la guia inferior a la superior, y del largo que quieras según el ala que vayas a diseñar, y dibujando lineas rojas (para diferenciar los dobleces del corte), para el resto de las guias. Después de eliminar las guias (posicionando el puntero del ratón sobre ellas hasta que se pongan rojas y presionando SUPR), tendrás la base de tu ala:

Si cortas esto y varias costillas, ya puedes construir el ala, pero puedes hacer un diseño mejor añadiendo un larguero para darle solidez, suavizando la forma exterior, etc. La altura del larguero se puede obtener de la costilla que has diseñado. Recuerda añadir rebajes en el larguero para poder insertar las costillas en él. Después de diseñar todo, deberías tener algo como esto:

Esa es la media ala que usamos en el diseño inicial del FabTrainer, 1000mm de envergadura y 190mm de cuerda.

Si quieres hacer un ala que no sea recta, como trapezoidal, en flecha, etc, puedes partir de la primera línea de rectangulos en la raiz del ala, copiarla y moverla y redimensionarla según lo que quieras conseguir. Por ejemplo, si quieres un ala ahusada de 190mm de cuerda en la raíz y 100mm de raíz en la punta, un 53% más pequeña en la punta, copia los rectángulos que has dibujado para la raiz, muévelos 500mm a la derecha, selecciona “%” para las unidades de tamaño, y redimensiónalos al 53%. Alinea estos nuevos rectángulos teniendo en cuenta el ahusado. Por ejemplo, ahusada en el borde de ataque y recta en el de salida:

Puedes usar guías para alinear todo fácilmente. Ahora une las marcas del borde de ataque:

Como el ala tiene que ser doblada sobre el borde de ataque, tienes que rotar los rectángulos de encima de esa linea para que queden en el ángulo correcto. Necesitas medir el ángulo del borde de ataque respecto a la vertical. Puedes usar la herramienta Bezier, empezando una línea justo al inicio del borde de ataque y anotando el ángulo que te da la barra inferior de InkScape. En este diseño nos da -10.64º, entonces 90º - 10.64º es 79.36º. Ahora dibujaremos un cículo y definiremos sus ángulos de inicio y fin:

Movemos y rotamos el arco para que uno de sus lados quede alineado con el borde de ataque, y su centro al inicio de este:

Y rotamos y movemos los rectángulos que quedan por encima del borde de ataque, para que queden paralelos al otro lado del arco:

Movemos el arco al otro lado del ala, y repetimos el proceso de rotar y mover los rectángulos, para después unir todas las marcas con lineas rojas y dibujar el contorno como hicimos para el ala recta. Después de limpiar las guías y rectángulos, nos quedaría la base de nuestra ala ahusada:

Recuerda que la costilla de la punta del ala deberá ser 53% más pequeña que la de la raiz (y si añades más costillas entre medias, deberás redimensionarlas acorde a la cuerda del ala en ese punto), y que la altura del larguero también tiene que ser más pequeña (según la costilla) en la punta del ala.

With these techniques we've been able to test different airfoils for the same plane, our FabTrainer, and confirmed that different airfoils make huge differences for the same wing area being the rest of the plane also the same.

Con estas técnicas hemos podido probar diferentes perfiles alares en el mismo avión, y confirmar que diferentes perfiles cambian notablemente las características de vuelo incluso con la misma superficie alar y la misma aeronave.

desarrollo_de_perfiles_alares_con_carton_pluma.txt · Última modificación: 2014/10/06 12:12 por dpello