TFG de Ingeniería Aeroespacial: ejemplos y método

[ES] Con el reciente interés en la movilidad sostenible en la aviación comercial han surgido numerosos diseños con diferentes grados de electrificación, especialmente para misiones de despegue y aterrizaje vertical, que permitirían su uso en un entorno urbano. Sin embargo, las arquitecturas tiltrotor están escasamente representadas comparativamente. Este trabajo aborda el diseño conceptual de un tiltrotor propulsado por una planta híbrida de pila de combustible de hidrógeno y baterías, dimensionado para una misión Valencia-Madrid de cuatro pasajeros. Se diseña en el proceso también el controlador para las maniobras de transición.

[ES] El objetivo del trabajo es el diseño y cálculo de un procedimiento de aproximación instrumental para el Aeródromo de La Cerdanya (LECD). Dada su compleja ubicación entre valles, la operación en este aeródromo se realiza actualmente bajo reglas de vuelo visual (VFR). La implementación de un procedimiento instrumental (IFR) en la pista preferente 07 supone un reto técnico para cumplir con los criterios de franqueamiento de obstáculos y asegurar que no interfiere con el tráfico de un aeropuerto próximo Andorra La Seu D'Urgell (LESU). En primer lugar, se desarrollarán los cálculos analíticos y geométricos de las áreas de protección utilizando herramientas como MATLAB. En segundo lugar, se procederá a la representación cartográfica del procedimiento para generar las cartas aeronáuticas correspondientes. Finalmente se llevará a cabo una fase de validación mediante simulación en X-Plane 12 con el objetivo de evaluar la viabilidad del diseño propuesto.

[ES] La atomización por aspersión (spray) es un proceso clave en la combustión de combustibles líquidos, ya que influye en la eficiencia, las emisiones y la estabilidad de los sistemas energéticos y de propulsión. La simulación de la ruptura primaria mediante el método Volume of Fluid (VOF) proporciona una resolución precisa de la interfaz cerca de la tobera, pero se vuelve computacionalmente costosa en la región de pulverización diluida. Por el contrario, el enfoque de seguimiento lagrangiano de partículas (Lagrangian Particle Tracking, LPT) modela de manera eficiente las gotas dispersas, aunque no puede capturar los cambios de topología cerca de la tobera. El acoplamiento híbrido VOF–LPT combina, por tanto, ambas ventajas, pero requiere criterios de conversión robustos para transferir las estructuras líquidas de forma coherente entre las descripciones euleriana y lagrangiana. Esta tesis investiga dichos criterios de conversión dentro del código de código abierto OpenFOAM (v1912), aplicado a un jet-in-crossflow (JICF). Las gotas candidatas se identifican mediante etiquetado de componentes conectados (connected-component labeling, CCL) y se evalúan frente a umbrales geométricos. Lo...

[ES] En el contexto actual de la industria aeroespacial, el aligeramiento estructural se ha vuelto crucial para la reducción en el consumo de combustible y las emisiones de CO2. Este Trabajo de Fin de Grado presenta el rediseño y optimización de un pylon de motor comercial, una estructura crítica responsable de transmitir las cargas de empuje, utilizando técnicas avanzadas de optimización topológica. La metodología empleada implica un flujo de trabajo híbrido: inicialmente, el espacio de diseño y las regiones preservadas del pylon se definen mediante CAD paramétrico. Posteriormente, esta geometría se importa a nTop y se discretiza para llevar a cabo la optimización topológica, con el objetivo de minimizar la masa manteniendo la integridad estructural. Dada la implementación específica del software, el estudio incluye una fase de validación metodológica, donde el algoritmo de optimización se aplica primero a un caso de estudio canónico para verificar la convergencia frente a soluciones validadas. Una vez validado, el proceso se aplica a la estructura del pylon bajo diferentes casos de carga, como despegue o fallo de motor. Finalmente, se analiza la viabilidad de fabricación de la ge...

[ES] El reciente auge del lanzamiento de Smallsats y Cubesats ha provocado una creciente saturación en la órbita terrestre, donde incluso una pequeña colisión podría desencadenar choques en cadena de consecuencias catastróficas. En este contexto, resulta esencial mantener las órbitas libres de desechos espaciales retirando aquellos satélites o elementos que hayan alcanzado el final de su vida útil. En este trabajo se estudia el proceso de retirada de satélites geoestacionarios al término de su vida operativa, transfiriéndolos a una órbita cementerio mediante maniobras que se puedan realizar utilizando la reserva de combustible disponible. En primer lugar, se introducirán los conceptos y normativas asociados a este tipo de maniobras. A continuación, se calcularán los impulsos necesarios para conseguir la transferencia a la órbita deseada y finalmente se analizarán posibles variaciones en algunos parámetros de la transferencia o de las condiciones iniciales estudiando el efecto que tienen sobre las distintas restricciones.

[ES] Este trabajo de fin de grado documenta el diseño, la construcción y el vuelo de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de ala fija, monomotor y propulsado eléctricamente, desarrollado íntegramente por un equipo de seis estudiantes dentro de la especialización en Diseño, Construcción y Vuelo de la Academia de Aviación de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Ámsterdam, durante un intercambio Erasmus+. El objetivo del proyecto era concebir, fabricar y operar una aeronave capaz de completar de forma autónoma una misión predeterminada —un patrón en forma de ocho— mientras transportaba una carga útil de 200 g y cumplía con un estricto conjunto de requisitos geométricos, estructurales, reglamentarios y operativos. Partiendo de la misión y las regulaciones aplicables (EASA CS-23 «Utility» y las especificaciones de aeronavegabilidad RPAS AS-RPAS1), se establecieron los requisitos y las restricciones de diseño y se llevó a cabo un proceso creativo e iterativo de generación y evaluación de alternativas mediante un diagrama morfológico y una matriz de decisión ponderada. La configuración resultante es una aeronave de ala alta, cónica y de gran relación de aspecto (b = 1,88 m, AR = 7,9, p...

[ES] Este Trabajo de Fin de Grado presenta un estudio de la estabilidad aerodinámica de un misil con configuración canard, empleando herramientas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). El modelo geométrico se ha desarrollado utilizando Autodesk Fusion 360, mientras que el análisis de fluidos se ha llevado a cabo a través del software Siemens STAR-CCM+. Bajo la condición de número de Reynolds constante, se evalúa el comportamiento aerodinámico ante variaciones en el número de Mach y el ángulo de ataque, obteniendo así las derivadas de estabilidad estática. Por otro lado, la caracterización de las derivadas de estabilidad dinámica se aborda mediante dos enfoques complementarios: la técnica de Marcos de Referencia Móviles (MRFs, por sus siglas en inglés: Moving Reference Frames), que permite extraer coeficientes de aerodinámica no estacionaria a partir de simulaciones estacionarias, y simulaciones transitorias que resuelven directamente la respuesta del flujo ante movimientos impuestos del cuerpo. La combinación de ambas metodologías permite desacoplar las distintas contribuciones a la dinámica del misil. Finalmente, la validez y precisión de los resultados obtenidos mediante CFD...

[CA] Aquesta tesi de màster presenta el disseny preliminar d'una aeronau per a aplicacions corporatives i mediques, capaç d'enlairar-se i aterrar de manera vertical (VTOL) i amb alta velocitat, totalment elèctrica, que utilitza l'hidrogen aplicat a equips de tecnologia de piles de combustible com a font d'energia. L'objectiu d'aquest estudi era verificar si actualment és factible dur a terme un projecte de desenvolupament definitiu per a una aeronau d'aquest tipus, i es va concloure que sí que ho és. En conseqüència, el projecte es va basar en les tecnologies disponibles actualment, amb l'objectiu de proposar un disseny d'aeronau viable en el moment de la redacció. Per tant, per a aquest disseny preliminar, s'han considerat components com ara les piles de combustible, la propulsió elèctrica, els materials lleugers, etc., sempre basats en tecnologies ja desenvolupades i, per tant, similars a les que hi ha actualment al mercat, però que haurien de dissenyar-se amb les tècniques existente, adaptant-los en mida i geometria a les exigències de l'aeronau. Durant el procés, es van investigar productes basats en tecnologies emergents i...

[ES] Este informe académico final presenta el diseño, la fabricación, la integración y la validación en vuelo de un pequeño vehículo aéreo no tripulado (UAV) de ala fija desarrollado dentro de la subespecialización de Diseño, Construcción y Vuelo en la Universidad de Ciencias Aplicadas de Ámsterdam. El proyecto abordó el proceso de ingeniería completo requerido para obtener un UAV funcional capaz de operar dentro de las restricciones predefinidas de misión, rendimiento, estructura, estabilidad y seguridad. El trabajo fue impulsado por la necesidad de diseñar una aeronave que pudiera satisfacer varios requisitos contrapuestos simultáneamente. El UAV debía ser ligero, estructuralmente robusto, estable, controlable, fabricable en un plazo limitado y apto para la ejecución autónoma de misiones, manteniendo al mismo tiempo la capacidad de anulación manual. Por esta razón, la configuración final se desarrolló a través de un proceso iterativo que combinó estudios de compensación conceptual, cálculos analíticos, diseño CAD, validación en simulador, planificación de fabricación, pruebas estructurales, integración de sistemas y análisis de datos de vuelo reales. La solución adoptada consiste...

[ES] Este Trabajo de Fin de Grado aborda la gestión automática del centro de gravedad (CG) en aeronaves supersónicas mediante la redistribución de combustible. Las configuraciones supersónicas experimentan un desplazamiento pronunciado hacia atrás del centro aerodinámico al aumentar el número de Mach, lo que reduce los márgenes de estabilidad estática y aumenta el arrastre de trimado. Como resultado, mantener el CG dentro de un rango estrecho se vuelve esencial para garantizar la estabilidad longitudinal y preservar la eficiencia en crucero. Para estudiar este problema, se desarrolla un modelo simplificado, pero dinámicamente representativo del sistema de combustible, obtenido mediante la reducción de la arquitectura original de tanques del Concorde a un sistema equivalente de orden reducido. Este enfoque de modelización preserva los mecanismos físicos clave que gobiernan la evolución del CG y permite realizar simulaciones eficientes en Simulink. Se explora una estrategia de control inicial basada en el desacoplo, pero resulta insuficiente debido a la fuerte interacción entre los caudales de transferencia y el rango de centro de gravedad alcanzable. En consecuencia, se desarrolla u...

[ES] Este Trabajo de Fin de Grado se enfoca en diseñar procedimientos de aproximación basados en navegación PBN para el altipuerto de Courchevel (LFLJ), actualmente operado bajo reglas de vuelo visual. La localización del aeródromo en un entorno alpino, junto con el elevado pendiente de la pista, la ausencia de ayudas instrumentales publicadas y la presencia de terreno elevado en sus proximidades, hacen que el diseño de una aproximación instrumental sea especialmente restrictivo. Se desarrollaron distintas alternativas de aproximación instrumental: LPV (SBAS), APV Baro, LNAV directa no alineada y LNAV no directa. Cada procedimiento se dise˜no considerando las limitaciones geométricas del entorno, los criterios del Documento 8168 de la OACI y los requisitos de franqueamiento de obstáculos. Los procedimientos fueron representados sobre un modelo digital de elevaciones para facilitar su visualización, análisis y comparación. Tras el desarrollo, se proponen dos configuraciones de aproximación LNAV no directa, diferenciadas por el pendiente de ascenso adoptado en la aproximación frustrada y por la MDA resultante. El trabajo se completa con la elaboración de cartas aeronautas y una valid...

[ES] En este proyecto se desarrollará una propuesta de plan de certificación preliminar enfocado en la aeronave turbohélice del programa ZEROe, actualmente en desarrollo por la multinacional aeronáutica Airbus. Para alcanzar los objetivos planteados, se llevará a cabo un estudio y análisis previo sobre la tecnología del hidrógeno, centrado tanto en sus principales ventajas como, especialmente, en los riesgos asociados y las estrategias para minimizarlos al implementar esta nueva forma de propulsión en la aviación. El trabajo busca establecer una base sólida que permita identificar los requisitos que deben cumplirse y los medios para hacerlo con el fin de garantizar un vuelo seguro. Los resultados obtenidos pretenden servir como referencia aplicable al sector aeronáutico, de utilidad para empresas dedicadas al diseño y certificación de aeronaves, facilitando la optimización y agilización de sus procesos.

[EN] This Master’s Thesis presents the complete design of the aeronautical certification process for a major modification on a Bell 412EP helicopter, aimed at complying with Regulation (EU) 2023/1770 related to surveillance systems within the framework of the Single European Sky. The modification in cludes the integration of a new transponder system with Mode S & ADS-B Out functionality, analysing its impact from a technical, regulatory, and safety perspective. The project addresses the definition of the applicable certification basis, the design of the Certification Plan, and the identification of the regulatory requirements, as well as the associated compliance demonstration strategies. Additionally, one of the evidences to be submitted is developed, consisting of a safety analysis in accordance with the applicable aeronautical standards. This design aims to provide a structured, realistic, and coherent overview of the certification process for a major modification within a regulated environment.

[ES] La creciente presión social y regulatoria en torno a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero está impulsando la incorporación de tecnologías de captura de carbono en sectores de difícil descarbonización. Tradicionalmente, la aplicación de la separación criogénica en postcombustión se ha visto limitada por la baja concentración de CO2 en los gases de escape. Sin embargo, el enriquecimiento de oxígeno en el aire de combustión se presenta como una solución prometedora para mitigar la formación de óxidos de nitrógeno (NOx) y concentrar la fracción de dióxido de carbono, facilitando así su captura física, y actualmente es un campo que requiere de un análisis termodinámico detallado. Este proyecto se planteará la evaluación de la viabilidad de la separación criogénica frente a diferentes escenarios de operación. Para ello, se analizarán y caracterizarán las condiciones termofluidodinámicas de los gases de escape de motores de combustión bajo cuatro niveles distintos de enriquecimiento de oxígeno. Dada la complejidad de los fenómenos físicos a temperaturas criogénicas, resulta imprescindible el uso de ecuaciones de estado de alta precisión. Se llevará a cabo un análi...

[CA] Europa, una de les llunes de Júpiter, és una de les destinacions més atractives per a l'exploració espacial a causa de les fortes proves d'un oceà subsuperficial sota la seva escorça gelada. Aquest entorn podria posseir els elements essencials per a l'habitabilitat, convertint-lo en un lloc clau per estudiar la possible existència de vida més enllà de la Terra i per comprendre millor l'evolució dels sistemes planetaris. En aquest treball s'ha desenvolupat un plantejament preliminar d'una missió d'anada i tornada a aquest satèl·lit. S'han avaluat diferents trajectòries interplanetàries, tant directes com assistides, i s'ha fet una anàlisi propulsiva comparant diferents tecnologies. Així mateix, s'han estimat masses, consums i costos per tal d'establir la viabilitat tècnica i econòmica d'aquest tipus de missió.

[ES] La descarbonización en los sectores de la energía y el transporte es una antigua necesidad que se ha hecho especialmente urgente e importante en los últimos años. Entre las diferentes alternativas en vías de desarrollo actualmente, el hidrógeno verde se presenta como una de las más prometedoras, aunque no está exenta de problemas aún por resolver. Algunos ejemplos de estos son el flashback de la llama y las oscilaciones termoacústicas, además de un elevado nivel de emisiones de NOx en ciertas condiciones de operación. En el presente proyecto se propone la simulación en OpenFOAM de la inyección y mezcla de hidrógeno en quemadores de flujo continuo (que actualmente se utilizan en plantas de generación de energía o en motores de aviación) para flujo no reactivo. Este trabajo realizado con flujo no reactivo servirá como base para desarrollos futuros con flujo reactivo en OpenFOAM y que así puedan resolver la fuente de los problemas comentados, proponiendo estos trabajos próximos soluciones, ya sea en el diseño del mezclador o cámara de combustión, o en las condiciones de operación, para eliminar o por lo menos mitigar estas inestabilidades intrínsecas a la quema de hidrógeno. En e...

[ES] La descarbonización del sector aeronáutico requiere la adopción de vectores energéticos libres de carbono, entre los cuales destaca el hidrógeno como candidato principal. Este Trabajo Final de Grado aborda el estudio experimental de un quemador atmosférico de hidrógeno estabilizado por flujo rotacional (swirler), operando en régimen de combustión premezclada o parcialmente premezclada. Se analizan comparativamente dos estrategias de inyección del combustible: en ambas, el aire circula siempre a través del swirler; la diferencia radica en el punto de introducción del hidrógeno, que puede inyectarse de forma rotacional a través de los álabes del swirler o de forma axial por el canal central. Mediante técnicas de diagnosi óptica basadas en la quimioluminiscencia del radical OH∗ se caracterizan los mapas de operación, identificando los límites físicos de estabilidad de la llama (flashback y blow-off), las topologías de llama y la dinámica de anclaje cuantificada mediante el Lift-off Length. Además, se analiza de forma indirecta la tendencia asociada a las emisiones de NOx a partir de la intensidad de la llama reconstruida por la Transformada Inversa de Abel. Los resultados obtenid...

[ES]Esta tesis investiga el comportamiento térmico del proceso de fusión de lechos de polvo por haz de electrones (EB-PBF) mediante una simulación por elementos finitos realizada en el marco ANSYS. El trabajo se centra en el desarrollo de una metodología para estudiar el comportamiento térmico de diferentes estrategias de escaneo de haz y su modelización con el objetivo de mejorar la gestión térmica durante la producción de piezas. Se implementó un modelo térmico transitorio mediante scripts APDL mecánicos, con el apoyo de la generación de código MATLAB y se ejecutó en la supercomputadora NSC Sigma para gestionar la alta demanda computacional. La estrategia del modelo incorpora una distribución gaussiana bidimensional para el haz de electrones, la conducción y la radiación como mecanismos de transferencia de calor, y propiedades de material dependientes de la temperatura para aleaciones de acero inoxidable. Se realizó un análisis de sensibilidad de malla para garantizar la precisión de los resultados obtenidos y el equilibrio entre el coste computacional. El proceso de construcción capa por capa se replicó mediante la técnica de nacimiento y muerte de elementos. El análisis se cent...

[ES]La soldadura por ultrasonidos de compuestos termoplásticos reforzados con fibra (FRTP) es una tecnología prometedora para aplicaciones aeroespaciales, ya que ofrece una reducción de peso, costes de fabricación y tiempos de ensamblaje en comparación con los métodos de unión convencionales. La calidad de la unión está gobernada críticamente por el Director de Energía (ED), el cual concentra la energía ultrasónica en la interfaz de soldadura. Este Trabajo de Fin de Máster aborda la influencia de las arquitecturas de ED tipo malla impresas en 3D sobre la generación de calor durante la soldadura secuencial de laminados de LMPAEK reforzados con fibra de carbono, evaluando los efectos del espesor del ED, la densidad de llenado, el grado del material (PEKK-A frente a PEKK-C) y la posición de soldadura sobre la potencia suministrada y la temperatura de la interfaz. La campaña experimental utilizó laminados de LMPAEK reforzados con fibra de carbono unidos mediante una estación de soldadura por ultrasonidos equipada con monitorización en tiempo real de la potencia y la temperatura. Los directores de energía tipo malla se fabricaron mediante impresión 3D para permitir la variación controla...

[ES] Los motores de detonación rotativa (RDE) son una tecnología prometedora en el campo de la propulsión aeroespacial. Mediante la combustión con ganancia de presión se pueden lograr mejoras de eficiencia de hasta un 20% respecto a la tecnología actual. Los RDEs fueron propuestos teóricamente en los años 50. Durante los 60, se hicieron las primeras investigaciones en Estados Unidos y la Unión Soviética. En los últimos años, avances tecnológicos han permitido una aceleración significativa. En este TFG una de las primeras secciones está dedicada a la base teórica y el desarrollo histórico de este tipo de motores. Para entender por qué la combustión con ganancia de presión permite obtener mayores eficiencias, es necesario analizar los ciclos termodinámicos. Se empezará comparando el ciclo Brayton, caracterizado por combustión a presión constante, con el ciclo Humphrey, donde la combustión se produce a volumen constante. Por último, se explicará el ciclo Fickett-Jacobs, al ser este una mejor representación de una detonación. Para modelar la detonación, usaremos la teoría ZND (Zeldovich-von NeumannDoering) y asumiremos una velocidad de propagación igual a la dada por la condición de Ch...

[ES] Este Trabajo Fin de Máster presenta una herramienta numérica interactiva y versátil de codiseño paramétrico para vehículos aéreos no tripulados multirrotor. La aplicación integra modelos de distinta fidelidad, como correlaciones aerodinámicas, datos experimentales de hélices y geometría paramétrica, para calcular y comparar las prestaciones de distintas configuraciones de aeronave en misiones definidas por el usuario. El núcleo computacional emplea programación no lineal mediante CasADi e IPOPT para obtener la trayectoria energéticamente óptima, mientras que la interfaz gráfica permite al ingeniero modificar los parámetros de diseño y visualizar los resultados en tiempo real, agilizando la exploración del espacio de diseño.

[ES] Los radomos aeronáuticos, que constituyen el morro de un avión, deben soportar cargas aerodinámicas y posibles impactos asegurando al mismo tiempo la transparencia a señales de radar. Tradicionalmente, se emplean paneles sándwich de material compuesto reforzado con fibra de vidrio. El propósito de este trabajo es el rediseño y la comparativa estructural del radomo de un avión comercial, utilizando un material compuesto reforzado con fibra natural de lino como alternativa sostenible frente a la solución tradicional. Para ello se realizará un diseño partiendo de un cálculo analítico por rigidez equivalente, teniendo a su vez en cuenta aspectos electromagnéticos. Posteriormente, se modelizará y analizará la respuesta de ambas alternativas al ser sometidas a una carga aerodinámica mediante el método de elementos finitos (FEM). Al mismo tiempo, se llevarán a cabo ensayos mecánicos experimentales de impacto para estructuras sándwich de ambos materiales. Se concluirá analizando la viabilidad técnica de la fibra de lino como sustituto de los materiales convencionales.

[ES] Este Trabajo de Fin de Grado presenta el diseño, implementación y validación de un sistema de comunicaciones híbrido terrestre–satelital orientado a mejorar la resiliencia de la conectividad en entornos rurales. La solución propuesta combina una red LoRa en configuración mesh, capaz de operar de forma autónoma y distribuida, con un enlace satelital que actúa como pasarela hacia redes externas. Adicionalmente, se ha desarrollado una capa de integración IoT, basada en un sistema automatizado de distribución de alertas mediante Telegram, que facilita la gestión y difusión de información crítica. El sistema se ha desplegado en un entorno real, concretamente en el municipio de Villafranca del Cid. Los resultados confirman su validez como solución de bajo coste, aplicable a escenarios de emergencia y entornos rurales.

[ES] Este trabajo analiza el comportamiento termoquímico de propelentes sólidos para motores cohete mediante CEAM (CEA for MATLAB), una interfaz que integra NASA CEA con MATLAB. Con esta herramienta se comparan distintas formulaciones de propelente sólido atendiendo a sus prestaciones y a los principales productos de combustión generados. Para ello se estudian tres familias representativas: un propelente compuesto aluminizado, un compuesto de baja firma y un propelente homogéneo de doble base. Antes de realizar el análisis comparativo, el modelo se valida frente a datos reales publicados de las misiones STS-111 y DELTA PAM-D, comprobando que CEAM reproduce las actuaciones de motores reales con un grado de ajuste razonable. Una vez validado el modelo, se toma como referencia la misión Artemis I y los boosters sólidos del SLS para comparar las formulaciones estudiadas con el propelente real empleado. Posteriormente, el análisis se aplica a la misión Space Rider de la Agencia Espacial Europea, asociada al lanzador Vega C+, seleccionando la formulación más adecuada para una primera etapa sólida y realizando un barrido paramétrico del contenido de aluminio. Los resultados muestran que n...