Unmanned Hydrofoil Vehicle

Abstract

Este proyecto consiste en el diseño y análisis de un vehículo hidro-ala no tripulado que utiliza el mismo principio de elevación de los aviones, así como un sistema de navegación autónoma. El vehículo está diseñado para el transporte de medicinas a aquellas zonas o islas de difícil acceso para barcos grandes u otros vehículos. El uso de la hidro-ala, que eleva la parte superior del vehículo por encima de la superficie del agua, permite mejoras en la velocidad, el manejo, y en la navegación. Por otro lado, su navegación podrá ser tanto autónoma (PixHawk autopilot) como controlada remotamente. La gran novedad de este vehículo, comparado con otros vehículos de su tamaño, es su alta eficiencia. Permite alcanzar velocidades elevadas sin perder la estabilidad longitudinal y lateral. La estabilidad del vehículo se mantiene en todo momento gracias a la reducción de la fuerza de resistencia al movimiento de este, pero principalmente a el rápido control de alabeo y cabeceo por parte de los alerones. Cada alerón será controlado de forma continuada, autónoma e independiente para adaptar el cabeceo y alabeo del vehículo a las condiciones de navegación y así garantizar un movimiento estable. También presenta otra gran ventaja, no necesita combustible. La potencia necesaria para su funcionamiento será suministrada por baterías recargables localizadas en el casco y distribuida a cada uno de los elementos a través del cableado. Por último, será diseñado para transportar una carga máxima de 18 kg y alcanzar una velocidad máxima de 13.4 m/s. A velocidad de crucero, 10.3m/s, la máxima durabilidad de la carga será de dos horas. Como todos los aviones, contará con un ala frontal donde se produce la mayor parte de la fuerza de sustentación del vehículo y unido, a través del fuselaje, un estabilizador horizontal con los dos alerones.

This project discusses the design and analysis of an unmanned surface vehicle that utilizes a hydrofoil and autonomous waypoint navigation. This vehicle is designed to transport medicines at the proper temperature to remote islands or areas which traditional boats or vehicles are unable to readily access. The use of a hydrofoil will allow to have an improved speed, maneuverability, and a relatively smooth operation, since the hull will be lifted out of the water and drag will be reduced considerably. The autonomous waypoint navigation of the vehicle will be controlled by a PixHawk autopilot and it will also have the capability to be controlled remotely. The big innovation that this vehicle brings out is its efficiency compared to any other boat its size. Considerable high speeds can be reached while maintaining good longitudinal and lateral stability. The stability is well maintained firstly because of the reduction in drag force while the vehicle is on plane and secondly thanks to the control system of pitch and roll in the horizontal stabilizer with the elevons. The craft will continuously control, autonomously and independently, each elevon to adequate pitch and roll to each movement smoothly. In addition, it presents another big advantage, no fuel is needed for the functioning of the vehicle. The whole system is electric, and all the power comes from the rechargeable batteries and distributed to each subsystem through the wiring. The design is based on a payload of approximately 18kg. The maximum speed it will be designed for is 13.4 m/s with a two hour of durability of charge at cruising speed 10.3 m/s. Like most aircrafts, hydrofoils consist of a larger front wing where the majority of lift is generated, a smaller rear wing, and a central, streamlined body onto which the wings are attached called the fuselage.