Implementación y validación de plataforma RPA en software de simulación X-Plane 11.

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2025

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Universidad de Concepción

Abstract

En la presente memoria de título se desarrolla la implementación y validación de un modelo digital basado en el RPA Kadet-40 en el simulador de vuelo XPlane-11, con el objetivo principal de mejorar el estudio, análisis y entrenamiento relacionados con este tipo de aeronaves en el Laboratorio de Técnicas aeroespaciales de la Universidad de Concepción. La problemática del proyecto aborda la inexistencia de un RPA en un entorno de simulación en el LTA, lo que perjudica la realización de estudios y análisis aeronáuticos, como el entramiento de estudiantes en el uso de estos sistemas. La solución que se propuso es la implementación de un modelo disponible basado en el RPA Kadet-40, para lo cual se siguió un protocolo de caracterización y validación experimental, elaborado previo al desarrollo de este trabajo. La metodología se basó en desarrollar los cuatro objetivos específicos planteados: 1. Puesta en marcha del RPA Kadet-40 donde se incluyó la reparación y calibración total del sistema. 2. Caracterización del RPA mediante la aplicación del protocolo desarrollado previamente. 3. Construcción del modelo digital a través del uso de herramientas de diseño y Plane Maker para la integración del RPA en XPlane-11. 4. Validación del modelo mediante la comparación de pruebas de vuelo reales y simuladas donde se analizaron las respuestas frente a las distintas entradas en el radio control que fueron registradas. Los resultados de la comparación de las pruebas muestran que el modelo simulado presenta una tendencia de comportamiento similar al RPA, pero existen diferencias significativas en la magnitud de sus respuestas a las distintas excitaciones al sistema. Estas diferencias se evidencian en los valores del error cuadratico medio (RMSE) obtenidos en los tres estudios realizados, los cuales resultaron elevados en comparación con las curvas representativas de la medición real. Esto indica que el modelo presenta un comportamiento diferenciado respecto a los datos experimentales. No obstante, a pesar de estas discrepancias, se observa una correlación en la tendencia entre la simulación y la medición real, donde las posibles razones que explican estos resultados son el modelo de motor que se empleó en el modelo virtual, a la sensibilidad de accionamiento de las superficies de control, los valores de los coeficientes aerodinámicos ingresados para los perfiles del modelo y condiciones. A pesar de los resultados descritos, esto representa un avance significativo en la integración de RPA en ambientes de simulación, que primero sirve como herramienta de entrenamiento para estudiantes y segundo como base para el desarrollo de futuros proyectos relacionados con este tipo de aeronaves.
In this thesis, the implementation and validation of a digital model based on the RPA Kadet-40 in the X-Plane 11 flight simulator is developed, with the primary objective of improving the study, analysis, and training related to this type of aircraft at the Aerospace Techniques Laboratory (LTA) of the University of Concepción. The project's problem statement addresses the absence of an RPA simulation environment within the LTA, which limits the execution of aeronautical studies and analyses, as well as the training of students in the operation of these systems. The proposed solution involves the implementation of a digital model based on the RPA Kadet-40, following a characterization and experimental validation protocol designed prior to the development of this work. The methodology was structured around achieving four specific objectives: 1. Commissioning the RPA Kadet-40, including its complete repair and calibration. 2. Characterization of the RPA, following the previously developed protocol. 3. Construction of the digital model, utilizing design tools and Plane Maker to integrate the RPA into X-Plane 11. 4. Validation of the model, through a comparison between real and simulated flight tests, analyzing the system’s responses to different radio control inputs that were recorded. The comparison results indicate that the simulated model exhibits a behavior trend similar to the real RPA. However, significant differences exist in the magnitude of its responses to different system excitations. These differences are evident in the root mean square error (RMSE) values obtained in the three studies conducted, which were high compared to the curves representing the actual measurements. This indicates that the model exhibits distinct behavior compared to the experimental data. Nevertheless, despite these discrepancies, a correlation in the trend between the simulation an the actual measurement can be observed. The possible factors explaining these results include the engine model used in virtual simulation, the sensitivity in the actuation of the control surfaces, the aerodynamic coefficient values assigned to the airfoils in the models, and the predefined operating conditions. Despite these findings, this project represents a significant advancement in the integration of RPAs into simulation environments. Firstly, it serves as a training tool for students, and secondly, it provides a foundation for future projects related to this type of aircraft.

Description

Tesis presentada para optar al título de Ingeniero Civil Aeroespacial

Keywords

Automatización, Simulación por computadores, Ingeniería aeroespacial

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