Curso de diseño de drones

Lección 1 • Física básica del vuelo

Cubre la sustentación, la resistencia, el empuje y el peso aplicados a drones de ala rotatoria y ala fija. Desarrolla la intuición aerodinámica necesaria para el diseño estructural y de propulsión.

Lección 2 • Anatomía de un sistema dron

Mapea cada subsistema principal: chasis, propulsión, energía, aviónica y carga útil. Establece el vocabulario compartido que se usará en todos los capítulos siguientes.

Lección 3 • Clasificación y tipos de drones

Categoriza los drones por configuración, tamaño y perfil de misión. Conecta la clasificación con las restricciones de diseño que se exploran en capítulos posteriores.

Lección 4 • Historia y evolución de los drones

Traza el desarrollo de los drones desde los primeros prototipos militares hasta las plataformas comerciales modernas. Proporciona el contexto para las decisiones de diseño que se toman a lo largo del curso.

Lección 1 • Análisis aerodinámico computacional

Introduce herramientas de simulación para predecir la sustentación, la resistencia y los patrones de flujo. Los estudiantes ejecutan análisis básicos de CFD y de elemento de pala para validar las elecciones de diseño.

Lección 2 • Dinámica de vuelo de multirrotores

Analiza el control de alabeo, cabeceo, guiñada y ascenso vertical en configuraciones multirrotor. Proporciona el modelo dinámico que se usará más adelante en el diseño del sistema de control.

Lección 3 • Efectos atmosféricos en el rendimiento

Cuantifica cómo la altitud, la temperatura y el viento afectan el rendimiento aerodinámico. Los estudiantes ajustan los parámetros de diseño para cumplir con los requisitos en todos los entornos operativos.

Lección 4 • Aerodinámica de ala fija

Cubre la pendiente de la curva de sustentación, la resistencia inducida y la relación de planeo para plataformas de ala fija. Permite a los estudiantes dimensionar alas y seleccionar perfiles aerodinámicos para misiones de autonomía.

Lección 1 • Cargas estructurales y casos de carga

Identifica las cargas aerodinámicas, inerciales y de aterrizaje que actúan sobre el chasis de un dron. Establece los casos de carga utilizados para todos los cálculos estructurales posteriores.

Lección 2 • Geometría y configuración del chasis

Cubre la disposición de los brazos, el espaciado de los motores y la ubicación del centro de gravedad para chasis de multirrotores y ala fija. Vincula las decisiones de geometría con los modelos aerodinámicos y dinámicos.

Lección 3 • Análisis de esfuerzos y dimensionamiento

Aplica la teoría de vigas y conceptos de elementos finitos para dimensionar elementos estructurales. Los estudiantes calculan factores de seguridad e identifican ubicaciones críticas para la falla.

Lección 4 • Materiales para estructuras de drones

Compara aleaciones de aluminio, compuestos de fibra de carbono y plásticos de ingeniería según resistencia, peso y costo. Los estudiantes seleccionan materiales basándose en las compensaciones específicas de la misión.

Lección 1 • Dimensionamiento del sistema de propulsión

Integra datos del motor, la hélice y el ESC para dimensionar un sistema de propulsión completo. Los estudiantes construyen una hoja de cálculo de dimensionamiento y verifican el rendimiento en vuelo estacionario y ascenso.

Lección 2 • Tecnologías de propulsión alternativas

Examina celdas de combustible de hidrógeno, sistemas híbridos de combustión-eléctricos y sistemas de ventilador entubado. Prepara a los estudiantes para evaluar opciones de propulsión emergentes para misiones especializadas.

Lección 3 • Fundamentos de motores eléctricos

Explica el funcionamiento del motor DC sin escobillas, la clasificación KV y las curvas de torque-velocidad. Proporciona el modelo de motor utilizado para los cálculos de dimensionamiento de la propulsión.

Lección 4 • Controladores electrónicos de velocidad

Detalla la arquitectura del ESC, los protocolos PWM y digitales, y la selección de la clasificación de corriente. Conecta la elección del ESC con el voltaje de la batería y las especificaciones del motor.

Lección 1 • Gestión térmica de los sistemas de potencia

Aborda la generación de calor en baterías, ESCs y motores durante la operación sostenida. Los estudiantes diseñan estrategias de enfriamiento para mantener los componentes dentro de los límites seguros de temperatura.

Lección 2 • Arquitectura de distribución de energía

Diseña buses de energía, placas de distribución y circuitos de protección para sistemas de drones con múltiples cargas. Asegura la entrega de voltaje estable a los motores, la aviónica y las cargas útiles.

Lección 3 • Monitoreo de potencia y diseño a prueba de fallos

Implementa detección de voltaje y corriente, alertas de batería baja y activadores de retorno al punto de origen. Vincula el monitoreo de potencia con la lógica a prueba de fallos del controlador de vuelo que se trata en el próximo capítulo.

Lección 4 • Tecnología y selección de baterías

Compara las químicas de polímero de litio, iones de litio y estado sólido según la densidad de energía y la tasa de descarga. Los estudiantes seleccionan paquetes de baterías basándose en presupuestos de autonomía y peso.

Lección 1 • Sensores inerciales y de navegación

Cubre el funcionamiento y las características de error del IMU, el barómetro, el magnetómetro y los sensores GNSS. Los estudiantes evalúan las especificaciones del sensor en cuanto a precisión y rendimiento de ruido.

Lección 2 • Control PID y sintonización

Implementa controladores proporcional-integral-derivativo para el mantenimiento de actitud y altitud. Los estudiantes sintonizan las ganancias sistemáticamente utilizando métodos de respuesta al escalón y de dominio de la frecuencia.

Lección 3 • Fusión de sensores y estimación de estado

Aplica técnicas de filtro complementario y de Kalman para fusionar datos de sensores ruidosos. Produce estimaciones precisas de actitud y posición utilizadas por los lazos de control.

Lección 4 • Telemetría y enlaces de comunicación

Diseña enlaces de radiocontrol y telemetría para la transmisión de comandos, datos y video. Los estudiantes calculan los presupuestos de enlace y seleccionan frecuencias para una operación confiable.

Lección 1 • Tipos de carga útil y requisitos

Examina cámaras, LiDAR, sensores multiespectrales y mecanismos de entrega como clases de carga útil. Define los requisitos de peso, potencia e interfaz de datos para cada tipo.

Lección 2 • Planificación de misión y autonomía

Programa misiones por puntos de ruta, geocercas y patrones de levantamiento automatizados utilizando herramientas de piloto automático. Los estudiantes generan y validan un plan de misión autónoma completo.

Lección 3 • Interfaces de datos y computación a bordo

Conecta los sensores de carga útil a las computadoras de a bordo a través de interfaces seriales y de video estándar. Permite el procesamiento y almacenamiento de datos en tiempo real para aplicaciones críticas para la misión.

Lección 4 • Gestión del peso y balance de la carga útil

Calcula el desplazamiento del centro de gravedad debido a la instalación de la carga útil y corrige el desequilibrio. Garantiza que se mantenga la estabilidad del vuelo en todas las configuraciones de carga útil.

Lección 1 • Marcos regulatorios y cumplimiento

Examina los requisitos de aeronavegabilidad, autorización operacional e identificación remota en los principales marcos regulatorios. Los estudiantes mapean las características de diseño con las obligaciones de cumplimiento.

Lección 2 • Métodos de análisis de seguridad

Aplica el análisis de modos y efectos de falla y el análisis de árbol de fallas para identificar y mitigar los modos de falla del dron. Elabora un registro de riesgos que impulsa los cambios de diseño y las prioridades de prueba.

Lección 3 • Investigación de incidentes e iteración del diseño

Aplica el análisis de causa raíz a los incidentes de prueba y traduce los hallazgos en mejoras de diseño. Cierra el ciclo de diseño actualizando las especificaciones y volviendo a probar.

Lección 4 • Procedimientos de pruebas en tierra

Ejecuta pruebas de banco para motores, ESCs, sistemas de potencia y aviónica antes del primer vuelo. Establece criterios de aprobación/rechazo y flujos de trabajo de acciones correctivas.