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Diseño, construcción y análisis de elementos finitos de un hexacóptero para aplicaciones de agricultura de precisión

Autores: Gutierrez-Rivera, Miguel Ernesto; Rumbo-Morales, Jesse Y.; Ortiz-Torres, Gerardo; Gascon-Avalos, Jose J.; Sorcia-Vázquez, Felipe D. J.; Torres-Cantero, Carlos Alberto; Buenabad-Arias, Hector M.; Guillen-Escamilla, Iván; López-Osorio, Maria A.; Zurita-Gil, Manuel A.; Calixto-Rodriguez, Manuela; Rosales, Antonio Márquez; Juárez, Mario A.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Diseño, construcción y análisis de elementos finitos de un hexacóptero para aplicaciones de agricultura de precisión


Categoría

Procesos industriales

Subcategoría

Simulación de procesos industriales

Palabras clave

Drones agrícolas
Autonomía
Construcción
Dinámica de vuelo
Comportamiento de materiales
Análisis estructural

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 24

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los drones agrícolas enfrentan importantes desafíos en cuanto a autonomía y construcción, ya que un tiempo de vuelo por debajo de los 9 minutos es la norma, y su fabricación requiere de varios tests e investigaciones antes de alcanzar una dinámica de vuelo adecuada. Por lo tanto, un diseño, análisis y fabricación correctos de la estructura son imperativos para abordar los problemas mencionados y garantizar una construcción robusta que soporte los entornos exigentes de esta aplicación. En este trabajo se presenta el análisis e implementación de un soporte de motor Nylamid, un esqueleto tipo sándwich de aluminio y un brazo de tubo de fibra de carbono en un dron agrícola de 30 kg. La respuesta mecánica de estos componentes se evalúa utilizando el método de elementos finitos en ANSYS Workbench, y las suposiciones sobre el comportamiento de los materiales se evalúan utilizando una máquina de ensayos universal antes de su implementación. Se presenta la descripción general de estos modelos y los resultados numéricos. Esta predicción temprana del comportamiento de la estructura permite la optimización de masa y reducciones de costos. La rápida dinámica de las aplicaciones de drones establece restricciones importantes en materiales dúctiles como este, que requieren un extenso análisis estructural antes de la fabricación. Los resultados experimentales y numéricos mostraron una variación máxima del 8.7% para el compuesto de fibra de carbono y del 13% para el material Nylamid. Las propiedades mecánicas del nailon de poliamida permitieron una reducción de masa del 51% en comparación con una estructura de aleación de aluminio 6061 optimizada para el mismo caso de carga en el diseño de soportes de motor. La baja complejidad mecánica de los esqueletos tipo sándwich se tradujo en una implementación rápida. Finalmente, el rendimiento general del dron agrícola se evalúa a través de los datos recopilados durante la prueba de vuelo, mostrando un proceso de diseño adecuado.

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