AERODINÀMICA APLICADA A UN AVIÓ

ELÈCTRIC D’AEROMODELISME

Treball de Recerca

Autor: Joan Pelters Keller

2n de Batxillerat Científic-Tecnològic, curs 2020-21

Tutor: Esteve Anglelats

Centre Escolar Empordà

AGRAÏMENTS .

Primer de tot m’agradaria agrair a totes les persones que m’han acompanyat i ajudat

al llarg de tot el treball de recerca. Especialment als meus pares pel seu suport des

del començament fins al final i pels seus consells i motivació al llarg de tot el trajecte.

En segon lloc, vull donar els meus agraïments al meu tutor del treball, el Sr. Esteve

Angelats, pels seus consells, idees i ajuda que m’ha proporcionat des del principi.

També voldria agrair a tots els professionals de diferents àmbits que m’han ajudat en

diverses parts del treball: al Sr. Jordi Palós, per les seves classes d’Autocad que m’han

permès poder fer els meus propis plànols de l’avió i poder-los presentar en un format

determinat. Al Sr. Jordi Cabot, pels seus grans consells sobre l’aeromodelisme i la

seva ajuda com a pilot experimentat. Als professors Philippe Pastor i Wilhelm

Alexander Friess, per endinsar-me en el món de l’aerodinàmica i de l’aviació elèctrica.

ABSTRACT .

The present research project consists in the explanation of basic aerodynamics and

the construction of an electric model airplane. The main goal is to demonstrate

airplanes can fly using only electric energy. In this case, it is pretended to be

accomplished with the construction and flight of a model airplane.

It is essential to understand the physics of aeronautic design and construction. The

theoretical part of the project deals with the key components of an airplane structure

and the aerodynamic forces that effect it. In addition, control surfaces and their

actuation are very important too. It also delves into potential design failures and piloting

errors.

The practical part consists in the construction process of an electric model airplane

and the application of aerodynamics in it. Electronics used in the model to allow its

control by radiofrequency are also shown. Finally, there is a short consumption and

flight behavior study which relates to the possibility of using electric airplanes regularly

for commercial purposes.

The theoretical and practical parts of the project reflect a continued and enriched

investigation thanks to interviews made with professionals: pilots and engineers.

To conclude, a comparison between airplanes that work with jet fuel engines and

electric planes is made. Once accomplished the goal of the project, the big future of

electric aviation is stated, conditioned to the improvement of batteries, currently too

heavy and with a very low energy density.

RESUMEN .

El presente trabajo de investigación consiste en la explicación de la aerodinámica

básica y la construcción de un avión de aeromodelismo. El objetivo principal es

demostrar que los aviones pueden volar usando únicamente energía eléctrica. En este

caso, se pretende conseguir con la construcción y el vuelo de un avión de

aeromodelismo.

Es primordial entender la teoría aeronáutica antes de iniciar el proceso de diseño y

construcción de un avión. En la parte teórica se explica cuáles son sus partes

principales, cuáles son las fuerzas aerodinámicas que actúan en él, cuáles son las

superficies móviles más importantes de su estructura y, finalmente, cómo se controlan.

También se profundiza en los efectos de posibles errores de diseño o de pilotaje.

En la parte práctica se explica el proceso de construcción de un avión de

aeromodelismo y la aplicación de la aerodinámica en este. También se muestra la

electrónica utilizada para permitir su control por radiofrecuencia. Finalmente, se realiza

un breve estudio del consumo y comportamiento del avión durante el vuelo,

experiencia a partir de la cual se reflexiona sobre la posibilidad del uso regular de

aviones eléctricos a nivel comercial.

Los apartados teóricos y prácticos del trabajo reflectan una investigación continuada

y enriquecida gracias a entrevistas realizadas con profesionales: pilotos e ingenieros.

Para concluir, se realiza una comparación entre los aviones con motores de

combustión y los aviones eléctricos. Conseguido el objetivo del trabajo, se constata el

gran futuro de la aviación eléctrica, condicionado a la mejora de las baterías,

actualmente muy pesadas y con una densidad energética demasiado baja.

- 1 -

ÍNDEX

1. INTRODUCCIÓ ............................................................................................... - 3 -

2. OBJECTIUS ..................................................................................................... - 5 -

3. METODOLOGIA .............................................................................................. - 7 -

4. CONCEPTES TEÒRICS .................................................................................. - 8 -

4.1 Parts bàsiques dels avions ........................................................................ - 8 -

4.2 Forma de l’ala ........................................................................................... - 9 -

4.3 Superfícies de control .............................................................................. - 11 -

4.4 Pèrdua i angle d’atac............................................................................... - 12 -

4.5 Angle de díedre ....................................................................................... - 14 -

4.6 La fletxa ................................................................................................... - 15 -

4.7 Centre de gravetat................................................................................... - 15 -

4.8 Centre de pressions ................................................................................ - 16 -

4.9 Centre aerodinàmic ................................................................................. - 16 -

4.10 Turbulències ............................................................................................ - 17 -

4.11 Elements electrònics ............................................................................... - 17 -

5. PLANIFICACIÓ DEL DISSENY ..................................................................... - 19 -

5.1 Model ...................................................................................................... - 19 -

5.2 Característiques ...................................................................................... - 20 -

5.2.1 Tipus d’ala ........................................................................................ - 20 -

5.2.2 Tren d’aterratge ................................................................................ - 20 -

5.2.3 Propulsió ........................................................................................... - 20 -

5.2.4 Elecció dels plànols definitius ........................................................... - 21 -

5.3 Pressupost .............................................................................................. - 22 -

6. PROCÉS DE CONSTRUCCIÓ ...................................................................... - 23 -

- 2 -

6.1 Elecció dels materials .............................................................................. - 23 -

6.2 Eines utilitzades ...................................................................................... - 24 -

6.3 Dificultats ................................................................................................. - 25 -

7. FASE FINAL .................................................................................................. - 27 -

7.1 Explicació del vol ..................................................................................... - 27 -

7.2 Estudi del consum ................................................................................... - 28 -

8. CONCLUSIONS ............................................................................................ - 30 -

9. BIBLIOGRAFIA / WEBGRAFIA ..................................................................... - 32 -

10. ANNEXOS ..................................................................................................... - 35 -

10.1 Plànols .................................................................................................... - 35 -

10.2 Imatges: procés de construcció ............................................................... - 37 -

10.3 Entrevistes .............................................................................................. - 38 -

- 3 -

1. INTRODUCCIÓ Els avions m’han fascinat tota la meva vida. Des de ben petit sempre he tingut molta

curiositat per saber com funcionen. Quan l’escola ens va demanar que triéssim un

tema per fer el treball de recerca tenia clar que volia fer alguna cosa que de veritat

m’agradés. D’aquesta manera m’esforçaria al màxim per obtenir un resultat òptim. Així

que vaig decidir fer alguna cosa relacionada amb l’aviació.

En aquell moment ja tenia el tema escollit però em faltava centrar-lo de manera que

pogués fer un treball teòric i pràctic sobre ell. La primera pregunta que se’m va ocórrer

va ser: “perquè volen els avions?” Llavors vaig pensar en fer tot un treball teòric parlant

sobre la gran quantitat de forces que actuen sobre els avions, l’aerodinàmica, la forma

de les ales i moltes coses més. A continuació, em vaig centrar en buscar un treball de

camp en el que pogués relacionar tota la teoria tractada anteriorment. Tot seguit vaig

pensar: ”què puc fer millor que construir un avió per poder demostrar com vola?”

Jo ja sabia que no podia construir un avió real. Per això em vaig començar a informar

sobre aquest tema i vaig descobrir l’aeromodelisme; la tècnica de construir i fer volar

avions reduïts a escala. Era la solució perfecte, ja que podria construir un avió molt

més petit, molt més barat i molt més senzill que un avió comercial. A més a més, podria

respondre a la meva pregunta igualment, ja que hi actuen les mateixes forces

independentment del tamany.

Gràcies a la tecnologia d’avui en dia i els grans recursos que tenim a l’abast, trobar

informació sobre un tema en concret és bastant fàcil. És per això que vaig decidir fer

el treball teòric basat en el treball de camp, ja que d’aquesta manera podria relacionar

la part teòrica amb la part pràctica. En el treball de camp, podria explicar altres

conceptes; el model d’avió escollit, explicar tot el procés de construcció amb els

plànols corresponents, l’elecció i comparació dels materials utilitzats, explicar les parts

més importants de l’estructura, etc…

No obstant això, volia fer alguna cosa innovadora i diferent per fer un projecte complet

i professional. Em vaig estar informant sobre els tipus d’avions que existeixen

actualment i em vaig adonar d’una dada molt impactant. El consum dels avions és

- 4 -

molt més gran del que ens pensem. Segons la pàgina oficial de Boeing, un 747-400

té un consum de 12 L/Km aproximadament. Com que estava tan impactat sobre

aquesta dada, vaig pensar que podria fer que el meu avió funcionés amb energia neta

i que no contaminés. Buscant per Internet vaig veure que es poden utilitzar diferents

tipus de combustibles per fer que un avió com el que volia fer jo funcionés; amb

gasolina, amb querosè i amb electricitat. Sense dubtar-ho vaig escollir fer-lo elèctric

perquè no contamina. També vaig pensar que podria incorporar plaques solars al meu

model per augmentar el temps de vol i utilitzar energia verda com a font d’energia

secundària.

Quan em vaig començar a informar fent recerca per internet i fent entrevistes amb

professionals sobre l’aeromodelisme combinat amb plaques solars em vaig adonar

que és un projecte gairebé impossible. Incorporar plaques solars al meu avió influiria

tant en la seva forma com en el seu pes, fent que el seu vol fos incontrolable i l’energia

que em porporcionés de més seria tan poca que no es notaria la diferència. Per

incorporar plaques solars en un avió, s’hauria de fer un disseny totalment específic.

Finalment, vaig decidir utilitzar una bateria elèctrica. A més a més, també vaig decidir

fer un breu estudi del consum del meu model i fer una comparació entre els avions

amb motors de combustió i els avions elèctrics a través d’entrevistes amb

professionals: pilots i enginyers.

- 5 -

2. OBJECTIUS

- Construir un avió i aconseguir que voli.

Aquest és l’objectiu principal del treball de camp. Fer volar l’avió a partir d’una

construcció d’ell mateix planejada i organitzada em permetria demostrar i complir

altres objectius. A més a més, aquesta part del treball de camp és la més important ja

que es requereix molta concentració i molta perseverança per arribar a construir l’avió

ideal per fer que pugui volar de manera estable.

- Comparar els diferents materials que es poden utilitzar en la construcció de

l’avió.

És molt important escollir els materials que s’utilitzaran per construir un avió. Per això,

vaig fer una entrevista amb un pilot comercial que també ha estat endinsat en el món

de l’aeromodelisme des que era ben petit, en Jordi Cabot. D’aquesta manera li podria

preguntar diferents qüestions en quan a l’elecció dels materials, ja que jo no havia fet

cap treball semblant anteriorment.

- Investigar quines són les característiques i les parts principals que fan que un

avió voli.

Aquest apartat també és molt important per saber exactament quines parts i

característiques havia de tenir el meu avió per aconseguir que volés. Per això, havia

de trobar un model que tingués tots els requisits que jo necessitava.

- Esbrinar quines són les forces i els principis aerodinàmics que actuen en un

avió i com hi actuen.

Saber per què i com volen els avions eren les preguntes inicials que em vaig fer però

també son les preguntes més importants per aquest treball. A partir d’aquestes

preguntes havia de plantejar i organitzar el treball de camp, ja que havia de tenir molt

- 6 -

clar com fer la construcció de l’avió per tal de que hi poguéssin actuar determinades

forces per fer-lo volar.

- Comprovar, a través d’un estudi del consum del meu avió i amb entrevistes amb

professionals, si seria factible fabricar un avió elèctric a gran escala.

La meva hipòtesi és la següent: crec que no és possible construir avions elèctrics a

gran escala degut al pes de la bateria.

En aquest últim objectiu calcularia el consum d’electricitat del meu avió per poder-lo

comparar amb el d’avions a gran escala. Aquest últim apartat es basa principalment

en investigar, calcular i comparar les relacions entre el consum d’un avió elèctric

d’aeromodelisme i un avió a gran escala.

Aquests tres últims objectius els volia acabar de completar i perfeccionar a través de

dos entrevistes amb professionals, el Sr. Philippe Pastor, professor de Dinàmica de

Vol i Disseny d’avions a SupAero, una escola d’enginyeria aeroespacial de Toulouse,

França i el Dr. Wilhelm Alexander Friess, enginyer aeronàutic i professor d’enginyeria

mecànica a la Universitat de Maine, Estats Units.

- 7 -

3. METODOLOGIA

L’organització i planificació d’aquest treball ha estat molt important. Des del primer dia

em vaig centrar per entregar cada tasca en el termini prèviament decidit. D’aquesta

manera cada setmana aniria avançant en el meu treball.

Aquestes són les etapes que he seguit per fer el meu treball:

- Una vegada vaig escollir el tema del meu treball de recerca, vaig buscar molta

informació relacionada amb l’aeromodelisme, sobretot per Internet.

- Tot seguit, em vaig posar amb contacte amb diferents professionals perquè em

poguessin aconsellar, ja que al principi no sabia gairebé res sobre

l’aeromodelisme.

- A continuació, una vegada ja tenia clar com fer la part teòrica, em vaig centrar

en escollir un model que seria el que construiria per fer el treball de camp.

- Després vaig demanar per Internet els materials i components necessaris per

construir el meu avió i em vaig posar a construir el que en el futur es convertiria

en un avió elèctric d’aeromodelisme.

- Mentre duia a terme el procés de construcció, també anava ampliant el treball

teòric, de manera que ho vaig fer tot simultàniament.

- A més a més, també vaig poder fer diverses entrevistes amb professionals que

em van ajudar a entendre molt detalladament diferents aspectes sobre l’aviació.

- Una vegada acabat el procés de construcció, vaig posar a prova el meu model.

- Finalment, vaig dur a terme un estudi sobre el consum del meu avió per poder-

lo comparar amb el dels avions comercials.

- 8 -

4. CONCEPTES TEÒRICS

4.1 Parts bàsiques dels avions

- Fuselatge: és la part estructural dels avions que suporta les ales, els

estabilitzadors horitzontal i vertical i el tren d’aterratge. El seu disseny i forma tenen

una geometria molt concreta per tal que sigui el màxim aerodinàmic possible i generi

molt poca resistència. En els avions comercials, gran part del seu volum està dedicat

a la cabina de passatgers.

- Ala: és la part de l’avió que és capaç de generar una diferència de pressions

entre la seva part inferior i superior produint una força de sustentació que fa que un

avió sigui capaç de volar. Existeixen molts tipus d’ales diferents que aporten unes

propietats específiques a l’avió durant el vol.

- Estabilitzador horitzontal: és una superfície específica, normalment situada

a la cua de l’avió, que serveix per donar estabilitat a una aeronau respecte l’eix

transversal.

- Estabilitzador vertical: és una superfície específica, normalment situada a la

cua de l’avió, que serveix per donar estabilitat a una aeronau respecte l’eix vertical.

- Tren d’aterratge: és el conjunt de rodes, suports, amortidors i altres elements

que utilitza un avió per poder enlairar-se i aterrar de manera estable, controlada i

segura. Durant l’aterratge, el tren absorbeix l’energia cinètica produïda per l’impacte

de l’aeronau i la pista. També serveix per poder maniobrar una aeronau sobre una

superfície. Hi ha diversos tipus de

trens d’aterratge classificats

segons la seva posició i forma que

donen diferents avantatges a un

avió. A més, la posició d’aquest

element respecte el centre de

gravetat és molt important ja que

en depèn l’estabilitat de l’avió

durant l’enlairament i l’aterratge.

TREN

D’ATERRATGE

Figura 1. Parts bàsiques dels avions.

- 9 -

4.2 Forma de l’ala

Una de les parts més importants del vol d'un avió són les ales, que el mantenen a

l'aire. El secret de les ales està en la seva forma i en com interactuen diferents tipus

de pressions en ella. Quan l'avió està aturat hi ha la mateixa pressió a sota de l'ala

que a sobre. Però quan comença a agafar velocitat, hi ha més pressió a sota de l’ala

que al damunt, tal com diu el teorema de Bernoulli. Això passa per la forma corbada

de l'ala. L’aire que passa per sobre de l’ala, és a dir, per la part corbada, necessita fer

més recorregut en el mateix temps. Això vol dir que la seva velocitat és més alta que

a sota de l’ala i genera una pressió més baixa. La pressió sota l'ala augmenta fins que

té prou força per aixecar el pes de l'avió i, després, s’enlaira. Aquesta força s’anomena

força de sustentació. Com més gran és l'avió, més gran és l'ala. I segons el moment

del vol, per exemple en l'aterratge, les ales canvien de forma. De fet, si poguéssim

veure una ala per dins, descobriríem que té un disseny molt enrevessat. A més, les

ales per si soles serien inestables, no pararien de moure's. Això se soluciona amb la

cua. Encara que l'avió es torci, gràcies a la cua es torna a posar recte.

Una altra de les raons essencials que fan que un avió pugui volar, és la viscositat dels

fluids. Aquesta propietat fa que els fluids tendeixin a seguir la forma d’un cos llis quan

hi entra en contacte. Als avions, la forma de les ales fa desviar una certa quantitat

d’aire cap avall. Com que la direcció del moviment de l’aire ha canviat, això implica la

participació d’una força. Tal com diu la 3a Llei de Newton (sempre que un cos exerceix

una força sobre un altre, aquest segon cos exerceix una força igual i de sentit contrari

sobre el primer), la forma corbada de l’ala que fa desviar la direcció de l’aire rep una

Figura 2. Flux d’aire en un perfil alar.

- 10 -

força determinada, generant una força de reacció i de sentit contrari anomenada

sustentació.

A més, l’aire que xoca contra la part inferior de l’ala quan hi ha un determinat angle

d’atac, empeny l’ala de l’avió cap amunt. És per això que els petits avions

d’aeromodelisme que tenen les ales completament planes poden volar.

Existeixen diversos tipus de perfils d’ala que donen unes característiques especials a

l’avió a l’hora de volar. La diferència entre la part superior i la part inferior del perfil alar

determina la quantitat de sustentació que l’ala és capaç de generar. Degut a les seves

característiques úniques, els quatre perfils alars més populars són: els simètrics, els

semi-simètrics, els que tenen la part inferior en forma convexa i els que tenen la part

inferior plana.

- Simètrica: fa que l’avió sigui molt ràpid i àgil. S’utilitza per fer acrobàcies. Tot

i això, no és un disseny que creï molta sustentació.

- Semi-simètrica: crea una bona relació entre velocitat i sustentació.

- Part inferior en forma convexa: Produeix molta sustentació però no és la

millor opció per anar a grans velocitats.

- Part inferior plana: no és gaire comú en els avions comercials. Se sol utilitzar

bastant en l’aeromodelisme ja que és el tipus d’ala més fàcil de construir.

SUSTENTACIÓ

Figura 3. Força d’acció i reacció en un perfil alar.

- 11 -

Si avui encara ens fascina que els avions volin,

imaginem-nos com es va rebre la notícia del primer

vol de la història. Va ser l'any 1903, als Estats

Units. Un vol baix i curt, però importantíssim perquè

abans no s'havia aconseguit mai.

4.3 Superfícies de control

Les superfícies de control són unes superfícies aerodinàmiques mòbils que serveixen

per canviar el flux d’aire per provocar un canvi en el moviment d’una aeronau respecte

els seus eixos i en la seva trajectòria. Encara que existeixen diverses superfícies de

control en els avions, el meu model en té tres:

- Timó de direcció: és una superfície mòbil que està situada verticalment a la

cua de l’avió, unida amb l’estabilitzador vertical. Encara que la seva funció principal

no es fer virar una aeronau, serveix per equilibrar les forces que es produeixen durant

els viratges i per equilibrar la trajectòria.

- Timó de profunditat: és una superfície mòbil que està situada horitzontalment

a la cua de l’avió, unida amb l’estabilitzador horitzontal. Serveix per inclinar un avió

sobre el seu eix transversal. Quan això passa, el seu angle d’atac canvia, fent que

l’avió ascendeixi o descendeixi. Aquest moviment té com a eix el centre de gravetat.

Figura 4. Relació entre velocitat i sustentació en els diferents tipus de perfils alars.

Figura 5. Primer vol de la història

(germans Wright).

CONVEXA

- 12 -

- Alerons: són unes superfícies mòbils situades a la part posterior de l’extrem

de l’ala. El seu moviment és oposat ja que serveixen per fer girar una aeronau sobre

el seu eix longitudinal.

4.4 Pèrdua i angle d’atac

Durant l’enlairament, una aeronau obté un angle d’inclinació determinat respecte

l’horitzontal anomenat angle d’atac. Quan aquest angle és massa gran o la velocitat

és molt petita, un avió pot entrar en pèrdua. La pèrdua és la incapacitat de l’ala de

produir la suficient força de sustentació com per mantenir l’avió a l’aire. Quan l’angle

d’atac és massa gran, el flux d’aire no pot seguir la forma de l’ala i, per tant, es desprèn.

També existeix un altre tipus de pèrdua que es produeix normalment a la punta de les

ales, encara que la zona afectada pot variar depenent de la forma d’aquesta. Com ja

he dit, quan un avió té un angle d’atac molt gran, el flux d’aire no pot seguir la forma

de l’ala i, per tant, no crea sustentació. Però també es pot produir quan un avió gira

molt ràpid a velocitats molt altes. Això, pot causar una gran inestabilitat a l’avió i el pot

Figura 6. Superfícies de control en el meu model.

- 13 -

fer molt imprevisible. A més, podria causar la pèrdua de control de l’aeronau, amb el

risc de provocar un fatal accident.

Com que aquest tipus de fenomen ja ha causat greus accidents en el passat,

dissenyadors i fabricants creen ales en les que aquest tipus de pèrdua es produeixi a

la seva part central. Gràcies a això, els alerons, que estan situats als extrems de les

ales, són afectats gradualment. D’aquesta manera, els pilots poden obtenir senyals de

perill més aviat.

Com evitar la pèrdua:

- Mantenir l’angle d’atac per sota dels 15º respecte l’horitzontal.

- No girar ràpid a velocitats molt altes.

- Mantenir una velocitat adequada amb la qual tenir un control absolut de

l’aeronau. És millor tenir una velocitat alta perquè es té més control. Per això, el temps

de reacció és molt important.

- Volar a una altitud prou alta per poder estabilitzar l’avió en cas d’entrar en

pèrdua i així tenir prou temps de reacció per a l’estabilització.

Figura 7. Relació entre la pèrdua i l’angle d’atac.

- 14 -

4.5 Angle de díedre

L’angle de díedre és l’angle que forma el pla de cada ala respecte el pla horitzontal.

Existeixen tres tipus d’angles de díedre:

- Positiu: quan les ales formen una V.

- Neutre: quan les dues ales estan en la mateixa recta.

- Negatiu: quan les ales tenen forma de V girada 180º (el contrari de l’angle

positiu).

En el meu avió he utilitzat un angle de díedre positiu degut als seus avantatges. Aquest

angle ajuda a l’avió a mantenir-lo estable. Generalment, com més gran és l’angle de

díedre, es perd l’habilitat de poder fer acrobàcies. Tot i així, per l’altra banda, es

guanya molta més estabilitat lateral durant el vol. Quan un avió es desestabilitza

lateralment, les ales tenen un angle d’atac diferent. Com que l’ala de baix genera més

sustentació que l’altra, l’avió es torna a estabilitzar.

Figura 8. Relació entre estabilitat i l’angle de díedre.

MÉS SUSTENTACIÓ

MENYS SUSTENTACIÓ

- 15 -

4.6 La fletxa

La fletxa d’un avió és l’angle que formen les ales respecte l’horitzontal en vista

superior. Existeixen tres tipus de fletxes:

- Positiva: quan les puntes de

les ales apunten cap enrere.

- Neutra: quan les dues ales

estan en la mateixa recta.

- Negativa: quan les puntes de

les ales apunten cap endavant.

En el meu avió he utilitzat una fletxa

neutra. Encara que la fletxa positiva

redueix la resistència aerodinàmica, a

baixes velocitats l’aire tendeix a seguir

la fletxa produint una disminució de la

sustentació, podent entrar en pèrdua.

4.7 Centre de gravetat

El centre de gravetat és la ubicació mitjana del pes dels avions. És el punt sobre el

qual es balanceja una aeronau. Té una gran influència en la seva estabilitat. Si

poguéssim agafar una aeronau pel punt on es troba el centre de gravetat, aquesta

s’hauria d’inclinar lleugerament cap endevant. Normalment aquest punt es troba entre

el 25 i el 30% del caire d’atac de l’ala. Si aquest punt es troba més enrere, l’avió tindrà

“la cua pesada”. Això farà que tingui un angle d’atac massa gran, fent que entri en

pèrdua i provocant que tingui una gran inestabilitat. D’altra banda, si aquest punt es

troba més endevant, l’avió tindrà “el nas pesat”. Això farà que li costi molt incrementar

l’angle d’atac per poder enlairar-se i necessitarà molt més recorregut a la pista. Tot i

així, no tindrà problemes d’estabilitat. Hi ha una dita típica en el món de l’aeronàutica

Figura 9. Fletxa neutra.

- 16 -

que diu: “un avió amb nas pesat pot volar malament, però un avió amb cua pesada

volarà una única vegada”.

4.8 Centre de pressions

El centre de pressions és el punt mitjà per on passa la resultant de les pressions que

actuen sobre una superfície.

Generalment, determinar el centre de pressions és un procediment complicat ja que

la pressió canvia al llarg d’un objecte a mesura que es canvia l’angle d’atac.

Determinar-lo requereix l’ús de càlculs i un coneixement extens sobre la distribució de

la pressió en un cos. Es pot determinar la variació de la pressió sobre la superfície

d’un cos mitjançant una funció que indiqui que la pressió depèn de la distància d’un

punt determinat. Normalment, aquest punt és el caire d’atac.

4.9 Centre aerodinàmic

El centre aerodinàmic és el punt del perfil alar en el qual el moment aerodinàmic no

varia respecte l’angle d’atac i se situa al 25% del caire d’atac. Utilitzant aquest punt

com la zona on la força aerodinàmica és aplicada, s’elimina el problema del moviment

del centre de pressions amb l’angle d’atac. Això fa que l’anàlisi aerodinàmic es torni

molt simple.

Figures 10 i 11. Centre de gravetat.

- 17 -

A les ales rectangulars, com les que utilitzo en el meu model, el centre aerodinàmic

de l’ala és el mateix que el centre aerodinàmic del perfil alar. Però per altres ales que

tenen una forma diferent s’ha de buscar el “mac” (mean aerodynamic center), que és

la mitjana per tota l’ala.

4.10 Turbulències

Les turbulències són sacsejades que experimenten els avions quan són afectats per

grans ràfegues d’aire durant el vol. Tot i que són molt desagradables, tenen poca

importància. Les turbulències poden ser produïdes per varies situacions

meteorològiques. La causa més comuna és la formació de núvols, sobretot els de

desenvolupament vertical. També tenen un gran efecte les tempestes i els corrents

d’aire en cadenes muntanyoses. Les estructures de les aeronaus estan dissenyades

per a aguantar-les i contenir-les. A més, els pilots utilitzen diversos sistemes per a

mitigar el seu efecte. Utilitzen els “spoilers” (petits alerons que s’eleven en l’ala) per a

amortir les ràfegues, procuren evitar la zona de turbulències i, si és molt extensa,

redueixen la velocitat perquè el xoc amb el vent es percebi el mínim possible.

4.11 Elements electrònics

Perquè el meu avió sigui controlable a través d’un transmissor, necessita un circuit

elèctric determinat. Aquest circuit ha de ser capaç de regular la potència que es fa

arribar al motor, per variar la velocitat, i de controlar les tres superfícies de control per

poder variar el moviment i la trajectòria de l’avió. Els elements electrònics que conté

el circuit són:

- Bateria de 7,4 V i 800 mAh. Alimenta tot el circuit, passant inicialment pel ESC.

- ESC (Electronic Speed Controller). És el regulador. La seva funció principal

és regular el pas del corrent elèctric cap al motor per poder variar la velocitat a la qual

- 18 -

gira i, per tant, la velocitat a la que vola l’avió. Aquest element també conté un BEC

(Battery Eliminator Circuit) que dirigeix 5 V provinents de la bateria cap al receptor per

poder controlar altres elements, com per exemple els servos.

- Motor radial 1806 2280 kV. Les quatre primeres xifres es llegeixen de dos en

dos i corresoponen a la longitud del motor (18 milímetres) i a la seva altura (06

milímetres). Les últimes quatre xifres (2280 kV) fan referència al nombre de

revolucions per minut del motor quan se li apliqui 1 V.

- Servos amb un voltatge d’entrada entre 4.0 i 5.5 V. Aquests es connecten al

receptor en un canal determinat per poder ser controlats des del transmissor.

- Transmissor Reely de 2.4 GHz i 4 canals: potència, alerons, timó de direcció i

timó de profunditat.

- Receptor Reely de 2.4 GHz i 6 canals encara que només se n’utilitzen 4.

El circuit funciona de la següent manera: la bateria alimenta el regulador amb 7.4 V.

A continuació, el regulador alimenta el motor i el receptor, en el qual li arriben 5 V. Tot

seguit, el receptor alimenta als servos que hi estiguin connectats. Finalment, el

transmissor envia les ordres que li hem donat al receptor per poder controlar la

potència del motor i el moviment dels servos. (A l’esquema de sota es pot veure el

circuit i el seu funcionament).

Figura 12. Elements electrònics.

BATERIA

ESC

RECEPTOR

SERVO

MOTOR

- 19 -

5. PLANIFICACIÓ DEL DISSENY

5.1 Model

Existeixen molts tipus de models d’avions d’aeromodelisme. Quan vaig començar a

fer recerca per Internet, em vaig adonar que hi havia moltes característiques a tenir

en compte a l’hora d’escollir el millor model pel meu treball. Per això vaig decidir fer

una entrevista a un professional, en Jordi Cabot, perquè m’ajudés i m’aconsellés sobre

quin model seria el millor per fer un treball com el que volia fer. Com que no sóc un

expert en aquest tema, vaig decidir fer un avió bastant senzill i que no em portés gaires

complicacions. D’aquesta manera podria complir l’objectiu principal; aconseguir que

voli. Per això, vaig decidir que faria un avió entrenador, tal com es diu en

l’aeromodelisme. Aquest model s’assembla a l’avió Cessna, una avioneta petita,

utilitzada majoritàriament en petits aeròdroms, per fer vols turístics o per fer cursos de

pilotatge.

Figures 13, 14 i 15. Exemples d’avions Cessna.

- 20 -

5.2 Característiques

5.2.1 Tipus d’ala

Aquest tipus de model es caracteritza per tenir l’ala alta, és a dir, l’ala de l’avió es troba

a la part superior del fuselatge, just a sobre de la cabina. Aquest va ser un dels factors

més importants alhora d’escollir el model. Com que no tenia cap experiència alhora

de fer volar un avió amb radiocontrol, tenir un model amb l’ala alta em beneficiaria

bastant; si per alguna raó, alhora d’enlairar-lo o fer-lo aterrar, perdés el control i l’avió

se’m tombés un mica cap a un costat, tindria més distància entre el terra i l’ala

comparat amb un avió d’ala baixa. Suposant que això passés, tenir una ala alta em

donaria més marge de maniobra, evitant un xoc de l’ala contra el terra podent provocar

un trencament. El meu model també consta de “struts”, unes estructures que

connecten un punt de la part inferior de l’ala amb un punt baix del fuselatge per formar

una estructura triangular rígida. Serveixen principalment per fer que l’ala estigui més

rígida quan rebi forces de compressió o tracció i la fa més lleugera. El seu

desavantatge és que genera més resistència aerodinàmica.

5.2.2 Tren d’aterratge A més a més, aquest model també es caracteritza per tenir el tren d’aterratge a la part

davantera del fuselatge de l’avió. Aquest tren d’aterratge s’anomena tricicle, ja que té

una roda a davant i dues darrere. Tenir un tren d’aterratge com aquest també em

beneficiaria alhora d’aterrar l’avió ja que proporciona més estabilitat. És molt més

estable aterrar sobre dues rodes que aterrar sobre una.

5.2.3 Propulsió Alhora de planificar el meu disseny també havia d’escollir quin tipus de propulsió

utilitzar pel meu avió d’aeromodelisme. Després de fer una entrevista amb un

professional, vaig descobrir que hi ha tres tipus de propulsió principals per

l’aeromodelisme: bateries elèctriques, motors de gasolina i motors de querosè. Cada

tipus de propulsió consta de característiques ben diferents i especials per un

determinat model. En el meu cas, vaig escollir la propulsió elèctrica. A part que volia

- 21 -

construir un model que no contaminés, aquest tipus de propulsió és la més fàcil

d’utilitzar i la més segura, en aeromodelisme. Com que era el primer projecte que faria

sobre aquest tema i no tenia cap mena d’experiència havia de fer alguna cosa

accessible per al meu nivell i assegurar-me que seria capaç de poder dur-lo a terme

de manera efectiva. A més a més, també vaig decidir fer-lo elèctric per poder fer un

estudi sobre el seu consum i posteriorment per poder-lo relacionar amb avions

elèctrics a nivell comercial.

5.2.4 Elecció dels plànols definitius

Una vegada vaig decidir quines característiques havia de tenir el meu avió, vaig

començar a buscar diferents plànols d’avions d’aeromodelisme per Internet que

s’ajustessin al que jo necessitava. Després de moltes hores de cerca vaig trobar els

plànols ideals.

Aquestes són les especificacions generals del model:

- Llargada: 50.6 cm

- Centre de gravetat: 2.54 cm des del caire d’atac de l’ala

- Envergadura: 76.2 cm

- Àrea de l’ala: 9.2 dm2

- Pes net: 238 g

- Pes total: 284 g

- Càrrega alar (pes total de l’avió dividit entre l’àrea de l’ala): 31 g/dm2

- Enlairement: 12º

A partir dels plànols originals de l’avió i del model ja construït, vaig crear els meus

propis plànols amb l’Autocad. Primerament, vaig crear el meu model en 3D i tot seguit,

vaig poder crear les 3 vistes principals: planta, perfil i alçat. A més, també vaig poder

fer el plànol de seccions a partir de la vista frontal del model. A tots els plànols hi ha

les cotes corresponents a les parts més importants de l’avió, excepte en el plànol de

seccions, en el que he posat les cotes dels elements que s’hi troben dins i el nom de

cada element que hi ha (consultar Annex 10.1).

- 22 -

5.3 Pressupost

MATERIAL PREU

PACK 1

Plànols

25.68€ "Firewall"

Tren d'aterratge

"Control horns"

PACK 2

Motor - Radial 1806 2280 kV

66.41€

ESC (Electronic Speed Controler) 20 A

4 servos de 5 g

Extensió (Y) 30 cm

2 Extensions 20 cm

4 "linkage stoppers"

2 hèlices (6x3)

APART

Bateria , 2S-800mAh-7,4 V 8.59€

Carregador i controlador de capacitat de la bateria 24.98€

Transmissor 2.4 GHz 6 CH i Receptor 51.48€

SUBTOTAL 177.14€

TOTAL (inclòs transport, arenzels i recanvis) 195.13€

- 23 -

6. PROCÉS DE CONSTRUCCIÓ

6.1 Elecció dels materials

Per fer el meu avió d’aeromodelisme necessitava trobar un material adequat que

s’adaptés a les meves necessitats. Quan em vaig començar a informar sobre

l’aeromodelisme, de seguida vaig trobar diferents tipus de materials que podria utilitzar

per a la seva construcció.

La primera opció que em vaig plantejar pel meu avió va ser la fusta balsa. Tot i que és

un material difícil de manipular, és un tipus de fusta molt utilitzada en el món de

l’aeromodelisme per les seves característiques: pesa poc, és bastant flexible i és molt

resistent. Un dels principals desavantatges que té aquest material i pel qual vaig

decidir no utilitzar-lo és el seu preu. Com que sabia que gastaria gran part del

pressupost en els components electrònics, vaig decidir buscar una alternativa més

econòmica però amb característiques semblants. Tot i així la peça de suport pel motor

la vaig fer amb aquest material, ja que és una part que necessita estar especialment

ben subjectada.

Figura 16. Fusta balsa.

- 24 -

Una altra alternativa, també bastant utilitzada, és el “foam”; un tipus de material

semblant al porexpan, però més resistent. Aquest material és molt lleuger, fàcil de

manipular i bastant més barat que la fusta balsa. A més a més, cercant per Internet

vaig trobar un tipus de “foam” recobert per les dues cares amb un tipus de paper dur.

Com que aquesta característica feia que el material fos encara més resistent vaig

decidir utilitzar-lo.

6.2 Eines utilitzades

Per fer aquest projecte no he utilitzat eines molt sofisticades ni gaire complexes, però

tot i així, he anat amb compte perquè el resultat fos el millor possible. Aquestes són

les eines utilitzades:

- Pistola de silicona calenta: utilitzada per enganxar les diferents parts de

l’avió.

- Cúter: per fer que cada tall sigués perfecte, vaig anar canviat les seves fulles.

- Alicates: les he utilitzat per doblegar i donar forma al fil ferro pel tren

d’aterratge.

- Regle: l’he utilitzat per fer el tren d’aterratge i per prendre diverses mesures

de l’avió.

Figura 17. Peces del fuselatge del model.

- 25 -

- Soldador: l’he utilitzat per unir dos cables amb dos connectors específics per

unir la bateria amb el regulador.

6.3 Dificultats

Una de les dificultats principals ha estat l’anul·lament de la comanda d’una part del

material electrònic necessari per fer funcionar l’avió. Aquesta comanda la vaig fer en

una pàgina web especialitzada en material d’avions RC (HobbyKing), recomanada per

un expert. Una part del que vaig demanar venia de Hong Kong, i per culpa del Covid-

19, es va anul·lar. En aquesta comanda hi venia inclòs el transmissor, el receptor i la

bateria. Això va fer que no pogués avançar la construcció de l’avió ja que necessitava

centrar el servos amb el transmissor perquè els alerons i els dos timons, estiguessin

en una posició neutra. Aquest problema va fer que hagués de tornar a demanar el

material que em faltava i esperar el temps necessari fins a la seva arribada.

Una vegada va arribar tot el que em faltava, vaig veure que la bateria i el regulador

tenien connectors que no eren compatibles entre ells. Per això, vaig haver de comprar

dos connectors especials, compatibles amb els anteriors i soldar-hi els cables. Més

endevant, quan ja tenia tots els elements electrònics vaig connectar directament la

bateria al receptor provocant una sobrecàrrega i cremant el receptor. Això va fer que

n’hagués de demanar un altre.

Una altra dificultat que vaig tenir durant el procés de construcció va ser el reforçament

de silicona calenta que vaig posar al timó vertical i horitzontal. Per fer que aquestes

parts de l’avió tinguessin una mobilitat suficient com per fer canviar la direcció d’aquest

durant el vol, vaig haver de tallar una part del foam en la unió d’aquestes dues peces

als seus estabilitzadors corresponents, formant un angle de 45º, aproximadament. El

problema va sorgir quan vaig posar massa silicona calenta a la part més prima per tal

de reforçar-la. Això va fer que hi hagués un gruix excessiu d’enganxament fent que

els dos timons no quedessin neutres. Tot i així, vaig aconseguir resoldre-ho. Amb

l’ajuda del cúter, vaig reduir la quantitat de silicona i amb l’ajuda de pals petits de fusta

- 26 -

units amb gomes, vaig aconseguir que els timons recuperessin la seva posició neutra

corresponent.

També vaig tenir dificultats alhora de pintar l’avió perquè

volia pintar el fuselatge de color negre i les ales grogues. El

problema estava en que ja havia enganxat aquestes dues

parts així que vaig haver de buscar la forma de protegir i

cobrir algunes zones per pintar-les del color desitjat. Per fer-

ho, vaig utilitzar paper de plata i cinta de pintor.

Finalment, una vegada acabat l’avió, vaig estar fent proves amb l’electrònica. L’error

que vaig cometre va ser deixar les hèlices posades perquè de sobte, l’avió va venir a

màxima potència cap a mi. Intuïtivament, per protegir-me i evitar que continués

avançant, vaig posar-hi la mà i les hèlices em van fer un tall bastant profund al dit gros,

que va suposar 4 punts de sutura.

Figures 18 i 19. Solució improvitzada per mantenir les superfícies de control neutres.

Figura 20. Solució per poder pintar l’avió.

- 27 -

7. FASE FINAL

7.1 Explicació del vol

Abans de fer enlairar un avió hi ha un procés i uns passos que s’han de seguir per

garantir unes condicions òptimes durant el vol. Primer de tot, s’ha de buscar el lloc on

fer-lo volar. En el meu cas, vaig escollir una pista dedicada exclusivament per avions

d’aeromodelisme amb una gran àrea de visibilitat i lliure d’obstacles. També s’han de

tenir en compte les condicions meteorològiques; un dels factors més importants és el

vent ja que pot influir molt en el comportament i control de l’avió.

Una vegada es té l’avió a la pista, s’han de fer unes últimes comprovacions. És molt

important comprovar el centre de gravetat. Si aquest no és l’adequat, sempre es pot

moure la bateria per aconseguir modificar-lo. Tot seguit s’ha de comprovar que les

superfícies de control es moguin d’acord amb l’emissora. Si el seu moviment és

contrari al que es desitja, hi ha la opció de revertir els controls. A continuació, sobretot

si tens un avió completament nou, és recomanable fer un recorregut de prova a terra

per comprovar el seu comportament. En el meu cas, tendia a girar lleugerament cap

a un costat degut a la posició de la roda davantera. Amb uns retocs finals, l’avió ja

estava preparat per agafar el vol.

El primer vol el vaig fer acompanyat d’un pilot professional i experimentat en el món

de l’aeromodelisme perquè jo no tenia cap tipus d’experiència. D’aquesta manera

podria comprovar si el meu avió realment està ben construit i posteriorment també

podria aprendre a controlar-lo. En el meu avió, per l’enlairement, s’ha d’utilitzar tota la

potència possible, incrementant-la gradualment i utilitzar el timó de profunditat per

aixecar el nas i incrementar l’angle d’atac. Necessita 20 m de pista per l’enlairement

aproximadament. Per mantenir-lo volant a una altitud constant, s’ha d’utilitzar entre ¾

i el total de la potència disponible. Alhora de fer-lo girar s’han d’utilitzar el alerons i el

timó vertical a la vegada. Si només s’utilitza una de les superfícies de control l’avió no

gira correctament. Per fer-lo baixar, només fa falta disminuir la potència entre ¼ i la

meitat del total sense haver d’utilitzar el timó de profunditat. A la part final s’ha de fer

- 28 -

un procés anomenat “recollida” que consisteix en aixecar lleugerament el morro de

l’avió per un aterrament estable i controlat. Necessita 25 m de pista per l’aterratge

aproximadament.

Vídeos:

- https://youtu.be/gqic5YfMSsM

- https://youtu.be/fBgvH6EhDXA

7.2 Estudi del consum

Gràcies a l’ús d’un controlador de la capacitat de la bateria vaig poder mesurar el seu

consum en un període de temps concret. El consum de l’avió pot variar segons el tipus

de vol. Per exemple, un vol més agressiu o acrobàtic comporta l’ús de més potència

i, per tant, consumeix més. El meu avió no és acrobàtic degut al disseny que té: la

forma de les ales, la seva posició respecte el fuselatge i el poc moviment que tenen

les superfícies de control.

La meva bateria està composta de dues cel·les de 3.7 V cadascuna connectades en

sèrie. El voltatge nominal entre les dues cel·les és de 7.4 V. Tot i així, aquest no és el

voltatge màxim, sinó un valor mitjà. Si la bateria es carrega al màxim, obtenim un

voltatge de 4.2 V per cel·la, un total de 8.4 V. La seva capacitat es mesura en

miliampers hora (mAh) i ens indica quants miliampers pot aportar la bateria en una

hora perquè aquesta estigui completament descarregada. Per exemple, en el meu cas

són 800 mAh. Això significa que la meva bateria es descarregaria completament en

una hora si s’extraguessin 800 mA de manera constant. Si el corrent extret fos el doble,

el temps es reduiria a la meitat.

També és important saber la descàrrega màxima que pot aportar una bateria de

manera segura i constant, que es calcula multiplicant el valor de descàrrega (C) per la

seva capacitat. En el meu cas, el valor de descàrrega és 30 C. La descàrrega màxima

que pot aportar la meva bateria és: 30 x 800 mA = 24000 mA = 24 A. Suposant que la

bateria s’estigués consumint al màxim, s’obtindria un temps de vol de 2 min.

- 29 -

En el primer vol, l’avió va estar funcionant durant 4 minuts aproximadament i després

d’aquest, la bateria es va quedar al 62% de la seva capacitat aproximadament.

Segons les entreviestes fetes a dos enginyers aeronàutics, en Philippe Pastor i en

Wilhelm Alexander Friess, actualment, la major limitació que hi ha en els avions

elèctrics a gran escala són les bateries. El problema principal és el seu pes i el seu

tamany; avui en dia, les bateries pesen 30 vegades més que el volum en querosè

equivalent en l’energia que pot proporcionar. Això vol dir que la seva densitat

energètica és molt menor que la de la gasolina o el querosè. Conseqüentment, la seva

autonomia es redueix moltíssim. Les bateries Liti-Ió comercials poden emmagatzemar

250 W-h per quilogram. S’ha calculat que un Boeing 737 o un Airbus A320 necessitaria

una bateria de 800 W-h per quilogram per poder recórrer una distància de 600 milles

nàutiques, equivalent a 1111 km.

Figura 21. Controlador de capacitat de la bateria després del primer vol.

- 30 -

8. CONCLUSIONS

Després d’acabar la part pràctica del treball, me n’he adonat que l’aviació elèctrica pot

arribar a tenir un gran potencial en un futur. He pogut aprendre i descobrir molt sobre

aquest tema gràcies a entrevistes amb professionals i molta recerca. A més, ho he

pogut experimentar de manera pràctica, a partir d’un avió elèctric d’aeromodelisme.

Entre les dues parts del treball he pogut determinar que sí que és factible construir un

avió elèctric i aconseguir que voli, però que depèn del pes i capacitat de les bateries

utilitzades.

Actualment hi ha moltes empreses que estan desenvolupant prototips d’avions

elèctrics per poder comercialitzar-los posteriorment. De fet, ja s’han realitzat algunes

proves existoses amb avions a gran escala; per exemple, l’avió elèctric més gran fins

al moment “eCaravan”, amb capacitat fins a 9 passatgers, va completar el seu primer

vol de 28 minuts el 29 de maig del 2020. Tot i que ja hi ha alguns avions elèctrics

capaços de volar, encara hi ha molts reptes i dificultats per superar per portar-los a

nivell comercial i aconseguir un transport aeri molt més net i no-contaminant.

A nivell personal, estic molt content per haver construit el meu propi avió elèctric i

cumplir un dels reptes més importants d’aquest treball: aconseguir que voli. Després

de moltes hores de construcció, no només he après quines són les parts més

importants que fan que un avió voli, sinó que també he après com funcionen i com es

poden controlar. He pogut aprendre moltíssim sobre l’aerodinàmica, entendre perquè

els avions volen i saber quines forces hi actuen. El fet de construir un avió a petita

escala també ha fet que m’endinssés dins del complex i fascinant món de

l’aeromodelisme. D’aquesta manera també he pogut anar relacionant i comparant el

meu avió amb avions comercials.

Al principi, el món de l’aeronàutica m’agradava i m’interessava moltíssim però no tenia

cap tipus d’experiència relacionada amb el que em vaig proposar. És per això que vaig

tenir bastantes dificultats, però una vegada finalitzat aquest treball, puc afirmar que he

complert els objectius plantejats al seu inici amb molt d’esforç i constància. A més, he

- 31 -

tingut l’oportunitat de poder parlar i entrevistar a professionals per entendre i aprendre

molt més sobre l’aeronàutica (consultar annex 10.2). Un d’ells és el Sr. Jordi Cabot,

enginyer mediambiental, pilot d’avió comercial i pilot d’aeromodelisme. L’altre és el Sr.

Philippe Pastor, professor de Dinàmica de Vol i Disseny d’avions a SupAero, escola

d’enginyeria aeroespacial de Toulouse, França. Finalment, el Dr. Wilhelm Alexander

Friess, enginyer aeronàutic i professor d’enginyeria mecànica a la Universitat de

Maine, Estats Units. Gràcies a aquest treball, la meva passió per l’aeronàutica encara

ha incrementat més i m’ha ajudat a veure que és la branca de l’enginyeria a la que em

vull dedicar al futur.

- 32 -

9. BIBLIOGRAFIA / WEBGRAFIA

VÍDEOS:

- Flite Test Tech, How to Build the FT Communter // BUILD (vídeo YouTube),

9 juny 2019: https://youtu.be/nE2933vb_Cw

- JoyPlanes RC, Centro de gravedad en aviones / Explicado en detalle (vídeo

YouTube), 15 febrer 2018: https://youtu.be/T15rrB_MYpQ

- Samm Sheperd, RC Electronics for Noobs (vídeo YouTube), 21 gener 2016:

https://youtu.be/j61Q3e8AFR4

- TEC, Los increíbles aviones eléctricos (vídeo YouTube), 11 novembre 2019:

https://youtu.be/_33joGiTtL4

PÀGINES WEB:

- Amy Jankovski, Hybrid Electric Propulsion, Glenn Research Center, NASA,

12 juliol 2018: https://www1.grc.nasa.gov/aeronautics/hep/

- Beginner Series - Choosing a Plane, FliteTest, 16 octubre 2013:

https://www.flitetest.com/articles/beginner-series-choosing-a-plane

- Beginner Series - Basic Aerodynamics, FliteTest, 23 octubre 2013:

https://www.flitetest.com/articles/beginner-series-basic-aerodynamics

- Bracing (aeronautics), Wikipedia, 22 setembre 2020:

https://en.wikipedia.org/wiki/Bracing_(aeronautics)

- Bye Aerospace: https://byeaerospace.com/

- Entrada en pèrdua, Wikipedia, 30 setembre 2019:

https://es.wikipedia.org/wiki/Entrada_en_p%C3%A9rdida

- ISAE, SupAero: https://www.isae-supaero.fr/fr/

- Jim D. Burch, Aerodynamics, Topgunbase, 2005:

http://studysoaring.stlsoar.org/aerodyn.htm

- Lo que hay que saber para elegir una batería LiPo, Prometec:

https://www.prometec.net/elegir-bateria-lipo/

- Neus Palou, Así ha sido el primer vuelo de avión eléctrico para pasajeros (de

momento, sólo para 9), World Economic Forum, 2 juny 2020:

- 33 -

https://es.weforum.org/agenda/2020/06/asi-ha-sido-el-primer-vuelo-de-un-avion-

electrico-para-pasajeros-de-momento-solo-para-9/

- Solar impulse Foundation: https://solarimpulse.com/

- Steve Hanley, Rolls-Royce Claims Its Latest Electric Airplane Battery Has

The world’s Highest Energy Density, CleanTechnica, 29 gener 2020:

https://cleantechnica.com/2020/01/29/rolls-royce-claims-its-latest-electric-airplane-

battery-has-the-highest-energy-density/

- Turbulencias en el avión, el Periódico, Viajar, 15 octubre 2019:

https://viajar.elperiodico.com/viajeros/turbulencias-avion-debes-miedo

- Umair Irfan, Forget Cars. We need electric airplanes, Vox, 9 abril 2019:

https://www.vox.com/2019/3/1/18241489/electric-batteries-aircraft-climate-change

- Altres fonts utilitzades, ara indisponibles:

http://www.escueladevueloalas.com.ar/portal/?p=303

FIGURES:

- Figura 1: Edició pròpia

https://www.flitetest.com/articles/beginner-series-basic-aerodynamics

- Figura 2: https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-

2146e0e606aff02917d06a56984508de

- Figura 3: Edició pròpia

https://www.flitetest.com/articles/beginner-series-basic-aerodynamics

- Figura 4: Edició pròpia

https://www.flitetest.com/articles/beginner-series-basic-aerodynamics

- Figura 5: El Confidencial, 17 juliol 2015:

https://www.elconfidencial.com/tecnologia/2015-07-17/la-cara-menos-conocida-de-

los-hermanos-wright_930691/

- Figura 6: Edició pròpia

https://www.flitetest.com/articles/beginner-series-choosing-a-plane

- Figura 7: Wikipedia, Entrada en pérdida, 30 setembre 2019:

https://es.wikipedia.org/wiki/Entrada_en_p%C3%A9rdida

- Figura 8: Edició pròpia http://topgunbase.ws/speed-2-stability-vs-drag/

- Figura 9: Elaboració pròpia.

- 34 -

- Figures 10 i 11: - JoyPlanes RC, Centro de gravedad en aviones / Explicado

en detalle (vídeo YouTube), 15 febrer 2018: https://youtu.be/T15rrB_MYpQ

- Figura 12: Edició pròpia https://youtu.be/j61Q3e8AFR4

- Figura 13: AliExpress: https://es.aliexpress.com/item/32477461863.html

- Figures 14 i 15: Elaboració pròpia.

- Figura 16: Amazon: https://www.amazon.es/ATEZI-Piezas-L%C3%A1minas-

Aviones-Woodcraft/dp/B07QWWZFFH

- Figura 17 a 20: Elaboració pròpia.

- 35 -

10. ANNEXOS

10.1 Plànols

Plànol de seccions: cotes en cm

- 36 -

- 37 -

10.2 Imatges: procés de construcció

- 38 -

10.3 Entrevistes

- Entrevista amb el Sr. Philippe Pastor, professor de Dinàmica de Vol i en

Disseny d’avions a SupAero, escola d’enginyeria aeroespacial de

Toulouse, França.

Primer de tot, com vola exactament un avió?

Els avions volen principalment gràcies a la força de sustentació que generen les ales.

Quan un avió agafa velocitat, l’aire que passa per sobre de les ales té una major

velocitat que l’aire que hi passa per sota, degut a la forma de les ales. Això provoca

que hi hagi diferents pressions. La pressió de sota l’ala és més gran que la de sobre,

provocant una força de sustentació.

Quines són les parts principals que s’han de tenir en compte alhora de dissenyar

un avió?

Les dues parts principals són les ales i els motors. S’ha de tenir en compte l’estabilitat

de l’aeronau, dissenyant correctament les ales, el seu perfil, la seva superfície i la

distribució del pes de l’avió. Més endavant també s’ha de definir la velocitat a la qual

es vol volar l’avió i la resistència i fricció que es genera entre l’aire i l’avió. Una vegada

se sap la potència que es necessita tenint en compte el pes i la velocitat, s’utilitza un

tipus de motor determinat. Les superfícies de control, que són les parts de la superfície

de l’avió que es poden moure per tal de controlar el moviment i trajectòria de l’avió,

normalment representen un 20% de la superfície total de l’avió.

Actualment ja existeixen prototips elèctrics?

Actualment ja existeixen avions elèctrics petits. Per exemple Airbus va desenvolupar

el E-fan, un avió elèctric biplaça per entrenament de pilots però la seva producció va

ser cancel·lada. Aquest avió tenia un temps de vol màxim d’una hora i podia recórrer

uns 100 km. També existeix el Pipistrel, un avió elèctric biplaça per entrenament de

pilots. També hi ha una empresa francesa, Voltaero, que treballa amb prototips

d’avions elèctrics.

- 39 -

És possible fer volar un avió elèctric grans distàncies?

Els avions elèctrics que s’han creat fins el moment no han sigut capaços de recórrer

grans distàncies degut a la capacitat de la seva bateria.

Airbus està treballant en algun projecte especial relacionat amb avions

elèctrics?

Actualment Airbus està treballant en alguns projectes per buscar una font d’energia

alternativa al petroli i al querosè. Una de les alternatives és combinar l’electricitat amb

el petroli, avions híbrids. L’altre és utilitzar l’hidrogen com a font d’energia pels motors.

Quin és el problema principal o dificultat que té un avió si és elèctric?

El problema principal és el pes de la bateria.

Existeixen avions amb plaques solars? És factible?

Si que existeixen. Fa uns dos o tres anys es va fer volar un avió amb plaques solars

que va ser capaç de donar una volta a la Terra sense parar. L’envergadura de les

seves ales era aproximadament la llargada d’un Airbus A380 i només tenia capacitat

per una persona. El problema principal d’avions amb plaques solars, a part del seu

preu, és que necessiten una gran superfície i no són gaire eficients.

Actualment hi ha alguns projectes que busquen la manera de construir un UAV

(Vehicle Aeri no Tripulat) amb plaques solars i que pugui volar indefinidament.

Què és el que haig de tenir en compte durant el meu primer vol?

Durant el teu primer vol has de tenir en compte el vent, la distància de la pista per

assegurar-te de que el teu avió pot enlairar-se i aterrar amb distància suficient, el radi

de visibilitat que tens i el centre de gravetat, per tenir una bona estabilitat. Finalment,

una vegada l’avió està a l’aire, hauràs de buscar la velocitat mínima a partir de la qual

l’avió comenci a entrar en pèrdua. Això et servirà per saber a quina velocitat aterrar el

teu avió ja que no tens frens.

- 40 -

Quines altres característiques hauria de tenir en compte del meu avió i del seu

vol?

S’hauran d’agafar diverses mesures: el pes de l’avió, el temps de vol i la distància que

necessita per aterrar i enlairar-se.

És possible construir un avió elèctric tècnicament?

És possible construir un avió elèctric petit per molt pocs passatgers, ja que la bateria

que es necessitaria per un avió més gran, pesaria massa com per poder donar

l’energia necessària per fer-lo volar. Com més gran és l’avió i el seu pes, més energia

necessita. Per tant, també necessita una bateria més gran que pesa massa.

Sap si hi ha algun projecte o iniciativa arreu d’Europa per reduir el nombre

d’avions amb motor a reacció i substituir-los pels elèctrics?

Actualment hi ha projectes de recerca de diferents companyies per intentar dissenyar

un avió elèctric per més passatgers, des de vols regionals (20 passatgers) a vols

comercials (+100passatgers).

És possible substituir motors a reacció per motors elèctrics en un avió?

Hi ha alguns projectes en els que s’està modificant un motor a reacció d’un avió per

un d’elèctric però només es fa per veure el seu rendiment, en testos. És molt difícil fer-

ho en la pràctica ja que en un avió, tots els elements es combinen i es connecten de

manera que hi ha un equilibri absolut. Si en canviés el tipus de motor, l’avió es

comportaria de manera diferent i també s’haurien de canviar altres parts. En definitiva,

seria possible però potser no seria òptim.

- 41 -

- Entrevista amb el Sr. Jordi Cabot, enginyer mediambiental, pilot

d’avió comercial i pilot d’aeromodelisme.

Quin tipus d’avió m’aconselles utilitzar i quines característiques ha de tenir?

Ja que és la teva primera vegada dins del món de l’aeromodelisme, et recomano

construir un avió petit i si pot ser d’ala alta. D’aquesta manera tindràs menys perill

alhora d’enlairar-lo i aterrar-lo, ja que l’ala està més separada del terra. També et

recomano utilitzar un motor elèctric per impulsar el teu avió, ja que solen ser més

lleugers i senzills que motors a reacció. Pots utilitzar un motor situat a la part davantera

de l’avió o dos motors, un a cada costat de l’ala. Et recomano utilitzar-ne un, ja que si

n’utilitzes dos, els has de col·locar a la mateixa distància respecte el fuselatge i un

petit error, podria desequilibrar l’avió.

En quan al material, pots utilitzar fusta balsa, foam o algun altre semblant.

Quants canals ha de tenir el meu avió?

Com que ets principiant, el millor és utilitzar un avió amb tres o quatre canals. Utilitzar-

ne més implica un grau de complexitat massa elevat. Si n’utilitzes tres, podràs

controlar la velocitat del motor, el timó de profunditat i els alerons o el timó de direcció.

És possible incorporar plaques solars al meu avió?

Jo, personalment, no he vist cap avió d’aeromodelisme amb plaques solars. Crec que

és molt complicat incorporar-les, ja que, entre altres característiques, el pes de l’avió

varia i per tant el centre de gravetat també. Per fer un avió amb plaques solars s’hauria

de crear un disseny molt específic per assegurar que el seu vol fos estable.

Què és el que haig de tenir en compte i revisar abans del meu primer vol?

Primer de tot, assegura’t de tenir el centre de gravetat correcte. Per fer-ho, agafa l’avió

per sota de les ales a un 20-25% des del caire d’atac. Si l’avió s’inclina lleugerament

cap endavant, vol dir que el centre de gravetat és correcte.

També controla que tots els elements elèctrics funcionen correctament. El que et pot

passar, és que els servos no estiguin centrats i que quan els connectis al receptor es

- 42 -

moguin. Si això passa, treus el filferro que l’uneix amb la seva superfície de control

corresponent i el tornes a posar en una posició neutra.

És important que sempre connectis el transmissor abans del receptor i apagar el

receptor abans que el transmissor per evitar accidents. A més, el canal del transmissor

que correspon al motor, sempre ha d’estar baixat al màxim per poder tenir un rang de

variació de velocitat superior. També assegura’t de que el motor gira cap al sentit

correcte. Si no ho fa, només cal canviar dos dels tres cables que l’uneixen amb el

regulador.

Una vegada l’avió està volant, què haig de tenir en compte?

Intenta comprovar quina és la velocitat mínima a la que l’avió pot volar, per així poder

aterrar de manera més segura.

Alhora de girar, intenta fer servir els alerons i el timó de direcció a la vegada per poder

fer girs més complets.

- 43 -

- Entrevista amb el Dr. Alex Friess, enginyer aeronàutic i professor

d’enginyeria mecànica a la Universitat de Maine, Estats Units.

Què és el més important alhora de dissenyar un avió, és a dir, quines

característiques principals són les que s’han de tenir en compte?

Un avió és bastant complicat de dissenyar, ja que hi ha molts factors que s’han de

tenir en compte al mateix temps: l’aerodinàmica, la localització de les ales, el tipus de

motor… Hi ha moltes configuracions i combinacions possibles. Cadascuna té els seus

avantatges i desavantatges i aprendre quines són és un camp molt gran. Una altra

característica important és el centre de gravetat, per tal que l’avió sigui el més estable

possible. Aquest punt se sol trobar al 25% del caire d’atac de l’ala. Si aquest punt està

massa avançat, l’avió és molt difícil d’enlairar, ja que el pes li fa baixar el morro. Si

aquest punt es troba massa enrere, l’avió tendeix a aixercar el morro i a ser inestable.

Si subjectes el teu avió pel punt on hi hauria d’haver el centre de gravetat, hauries de

veure que l’avió queda equilibrat i amb el morro una mica baixat.

Quin és el problema principal que tenen els aviós elèctrics? I els seus

avantatges?

El problema principal són les bateries, ja que aquestes són massa pesants. La seva

densitat energètica és bastant més baixa que el combustible utilitzat actualment. La

seva autonomia també és molt baixa i tarda molt a recarregar.

Tot i així, els motors elèctrics són molt més eficients que els motors de combustió. A

més, el maneteniment d’un avió elèctric és molt més barat.

Avui en dia, s’esta investigant molt sobre la regulació i millora de l’eficiència d’un

motor, la millora energètica de les bateries i l’adaptació de diverses estructures a les

aeronaus.

Quines empreses o avions elèctrics ja existeixen?

L’empresa Bye Aerospace, fundada l’any 2007, s’ha centrat en l’aviació elèctrica i en

desenvolupar i innovar en prototips d’avions 100% elèctrics. També se centren en

l’eficiència energètica de les aeronaus i en el seu disseny. Aquesta empresa també

està intentant fer que les pràctiques de vol per pilot, es fagin amb l’avioneta “eFlyer”,

- 44 -

un avió totalment elèctric perquè encara que la seva autonomia és molt baixa,

comparada amb avions que funcionen amb motors de combustió, poden ser molt útils

per vols curts, com els vols de les pràctiques. D’aquesta manera, es redueixen

enormement els costos d’aquestes operacions.

Creu que en un futur poden aparèixer millores importants en l’eficiència de les

bateries?

Estic convençut que es trobarà la manera de millorar la densitat energètica de les

bateries. Si mirem 10 anys enrere, ja hi ha hagut unes millores importants. La dificultat

principal fins ara, és que ha sigut difícil invertir diners en la millora de les bateries

perquè hi hagut poc mercat però ara estem en un punt on hi comença a haver una

massa importat de persones i empreses que estan desenvolupant nous prototips.

Una de les millores que ja han aparegut són les bateries “LiPo”.

També poden aparèixer els avions híbrids, és a dir, combinar motors de combustió

amb motors elèctrics. Aquest tipus d’avions poden augmentar moltíssim l’autonomia i

ser molt més eficients, a part de reduir les emissions i el soroll. La NASA, per exemple

ja està treballant alguns projectes i investigacions en els que s’està intentant

desenvolupar avions comercials híbrids.

Quin és el problema principal dels avions que funcionen amb plaques solars?

El problema principal és que l’eficiència de col·lecció de les plaques solars és molt

baixa i, per tant, es necessita una gran superfície per fer que l’avió funcioni 100% amb

l’energia de les plaques solars. Encara que ja existeix un model, com el “Solar Impulse”

que funciona només amb plaques solars i ha sigut capaç de donar una volta al planeta,

és un tipus d’avió molt especialitzat: està totalment cobert per plaques solars a la part

superior, té una superfície alar molt gran, és molt lleuger, només té espai per un pilot

i vola a una velocitat molt baixa. El que es podria fer és utilitzar les plaques solars per

incrementar l’autonomia de vol.

En el teu avió, concretament, si posessis plaques solars a la superfície de l’ala,

l’increment d’autonomia del vol seria tan petit que no valdria la pena.

- 45 -

És possible utilitzar avions elèctrics en altres sectors, com per exemple els

hidroavions o els avions antiincendis?

Crec que seria factible si fossin avions que volessin distàncies relativament curtes i a

una velocitat baixa. En el futur, també podria ser possible en avions més grans, però

encara falta investigació. En el cas dels avions antiincendis, podria aparèixer el

problema de tenir massa pes, ja que s’hauria de sumar el pes de l’aigua transportada

més el propi pes de la bateria.