¿Cómo calculo la potencia y selecciono el motor necesario para comandar las alas de un ave robot de 120kg total?
Es una estimación básica que necesito hacer para saber si contamos con la tecnología y materiales para el vuelo mediante alas para un peso total de 120kg. Se presume condiciones ideales y relaciones lineales entre las variables cuando sea factible.
Asumiendo relación lineal entre peso del ave y sus alas, para un peso de 120kg las alas resultarían de 12m cada una (wingspan=24m). Se asume Ancho de ala = 1m. Simetría de ala idéntica a la de ave.
Pero para calcular el poder que se requiere para aletear, tengo problemas estimar. En una ave promedio de 1kg, sus músculos pectoriales generan 20W durante vuelo crucero (es decir solo para aleteo). Asumiendo relación lineal y que el musculo pectorial seria remplazado por un motor para el ave de 120kg, me da que el poder del motor es de aproximado 2KW. He utlilizado fórmulas de potencia y otras usadas para calcular la potencia del motor de aves robot de 2 kg, y también obtengo valores de potencia de motor de 4kW approximadamente. El asunto es que esto no hace sentido ya que esta potencia puede ser generada por un avión de aeoromodelismo, es decir, casi que un juguete comparado contra alas de 12 m cada una. Al revisar las características de estos motores, en las espceificaciones técnicas se indica que el motor es para un avión con peso total máximo de 20kg,,, lo cual me hace pensar que algo estoy haciendo mal. El tiempo y distancia vertical para el calculo pueden ser asumidas (ie: 0.025m en un tiempo de 0.05s)... Es decir que con un batir de alas se eleve el aparato verticalmente una altura "Y"
También he intentado calcular la potencia del motor mediante el torque. Modelando el sistema ave brazo como un dos brazo roboticos conectados a un solo motor (o dos motores como quieran) que se usa para elevar su propia masa de 120kg y asumiendo que toda la fuerza en el ala se concentra en un solo punto, a 10 metros del motor. La idea viene de las flexiones de pecho con los brazos extendidos... Es decir, el ave prácticamente se apoya sobre el aire con sus alas para empujarse hacia arriba. Con este análisis consigo torques extremadamente altos, en el rango de 12000 N-m y son motores sumamente grandes cuya potencia es elevadísima.
2 Respuestas
Decía Einstein, que aunque no es santo de mi devoción, cuando tenia razón la tenia!: "Las cosas deben ser tan simples como sea posible, pero NO MÁS QUE ESO".
Bueno, tu problema es que las hiciste "más simples de lo posible". Analizar todo tu problema requeriría de varios días de mi tiempo, cosa que seria imposible dedicar en un sitio como este (y además que necesito trabajar para vivir, y no se puede hacer un calculo de días ad-honorem), así que te planteo un par de problemas BÁSICOS:
-Empiezo por el segundo: Me imagino que tomaste en cuenta que el ave no vuela "solo por batir las alas", sino que hace un complejo movimiento de flexión-torsión para disminuir la resistencia con el aire cuando las "tira hacia adelante y arriba" y las despliega en su totalidad, incluso con plumas extras retraibles en las puntas de las alas (que en los aviones se copiaron en las Winglets).
O sea que, no solo "bate las alas", sino que siguen una curva que posee la forma de un ala de avión... y cambia la superficie entre el avance y el retroceso.
-Ahora voy a "lo primero": Sin ponerme a analizar demasiado, a simple vista salta un error grave: Suponer LINEAL la relación entre "Wingspan y potencia": La resistencia al aire, que esta dada por una SUPERFICIE, necesariamente aumenta con el CUADRADO de esa superficie, no en forma lineal!. Si se necesitan, por decir algo, 10 Kgf para "batir" un ala de 1 metro, para batir una de 2 metros, se necesitaran 40 Kgf (en un calculo rápido... habría que ver el Factor de Eficiencia Aerodinámica del ala... que como dije en un "ala batiente", no es el mismo cuando avanza que cuando retrocede). Incluso voy más lejos: Faltaría agregar el "Factor de eficiencia de Oswald", calculo fundamental para el "Rendimiento de un ala".
CONCLUSIÓN: Sin hacer cálculos, salta a la vista que simplificaste demasiado todos los cálculos, y que para "afinarlos" harían falta semanas de trabajos de estudio aerodinámico y físico, no simplemente "suponerlas lineal".
Ahora, si es un simple "Ejercicio escolar" (cosa que no aclaras...) tu profesor esta bastante oxidado de conocimientos, o quiere simplemente que calculen una fuerza y pone un ejemplo irreal. Eso no lo aclaraste, así que ahí no puedo opinar.
Siento no poder ayudarte en este tema, aunque soy aficionado a todo el radio control (tierra, mar y aire) mis conocimientos son básicos