instituto politÉcnico nacional 2007.pdf · tipos de trenes de aterrizaje a lo largo de la historia...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERÍA AERONÁUTICA

“ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN TREN DE ATERRIZAJE FIJO DE UN AVIÓN ULTRALIGERO”

REPORTE FINAL DE INVESTIGACIÓN PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN AERONÁUTICA

P R E S E N T A:

RAMIRO HIPÓLITO HERNÁNDEZ

MÉXICO D.F. 2007

CONTENIDO DEL REPORTE FINAL

Índice

Tema página Introducción 1 Capítulo I Planteamiento del problema

1.1 Contexto 3 1.2 Objetivo general 4 1.3 Objetivos específicos 4 1.4 Justificación 5 1.5 Alcance 6 1.6 Metodología utilizada 6

Capítulo II Marco teórico 2.1 Generalidades 8 2.2 Tren de aterrizaje fijo 13 2.3 Aeronave de referencia 16 2.4 Condiciones de carga 20 2.5 Estimación de cargas críticas 24

Capítulo III Modelado, ensamble y planos 3.1 Anclaje 28 3.2 Pierna 31 3.3 Soporte del eje 32 3.4 Eje 33 3.5 Ensamble 35 3.6 Planos 36

Capítulo IV Análisis estructural 4.1 Pre-proceso 45 4.2 Solución 47 4.3 Post-proceso 48

Conclusiones 55 Bibliografía 57 Glosario 59 Apéndice 63

Capítulo I Planteamiento del Problema

1

Introducción

Todo el que ha viajado en avión o simplemente lo haya visto volar no puede

menos que preguntarse cómo una máquina más pesada que el aire puede

despegar, mantenerse en el aire, trasladarse de un punto a otro sin perder el

rumbo y aterrizar de nuevo.

Independientemente del fabricante, tipo, modelo y tamaño, los aviones posen

elementos comunes cuya función primordial es la misma sin importar el tipo de

avión que se trate, uno de estos mecanismos es el tren de aterrizaje.

En este trabajo final se analiza estructuralmente el tren de aterrizaje principal de

una aeronave biplaza de fabricación casera, dicho análisis se hará al anclaje,

pierna, soporte del eje y eje que lo constituyen. Para las condiciones de aterrizaje

en una rueda, aterrizaje con carga lateral y de frenado durante el aterrizaje,

conforme a la normatividad aeronáutica establecida en el FAR 23 y 25.

El reporte está desglosado en cuatro capítulos, en el primero se plantea el objetivo

general y específicos del trabajo, la justificación, el alcance y la metodología a

utilizar.

En el segundo se aborda el marco teórico referente a los trenes de aterrizaje fijos

con ruedas, se describen las características de la aeronave de referencia, se

analizan las condiciones de carga planteadas por la reglamentación internacional,

y se estiman las cargas máximas que se aplicarán al estudio.

En el tercer capítulo se mostrará de forma general la manera de modelar los

elementos del sistema para la generación de los planos, en los que se anotarán

las especificaciones de cada uno de los componentes.

En el último capítulo se muestra la manera en que se lleva acabo el análisis

estructural y el despliegue de los resultados gráficos.


2

CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


3

1.1 Contexto

Hacia finales de los años 1970 y comienzos de los años 1980, mucha gente

tuvo la inquietud de construir y volar sus propios aviones. Como resultado, las

autoridades de aviación incorporan a la reglamentación aérea la designación de

ultraligeros. Aunque el peso y los límites de velocidad son raramente los mismos

en distintos países.

La definición de ultraligero de acuerdo con el documento de la Joint Aviation

Authorities (organismo europeo) es un avión que no tiene más de dos asientos,

una velocidad máxima de entrada en pérdida en configuración de aterrizaje (VS)

de 65 km/h (60 mph), y un peso máximo de despegue de no más de:

• 300 kg (660 lb) para un avión terrestre monoplaza; o

• 450 kg (990 lb) para un avión terrestre biplaza; o

• 330 kg (726 lb) para un avión anfibio o un hidroavión monoplaza; o

• 495 kg (1089 lb) para un avión anfibio o un hidroavión biplaza.

En este tipo de aeronaves se utilizan los trenes de aterrizaje fijos por su

simplicidad y menor costo.

En la actualidad gracias a los grandes avances tecnológicos, desarrollo de nuevos

materiales de construcción, a la apertura de la información y a la mercadotecnia,

ya es posible la construcción o armado de kit’s de ultraligeros. Sin embargo los

costos no son tan accesibles para todos, por lo que hay personas que se

aventuran a sustituir los materiales establecidos en el diseño original por otros

más económicos o que se pueden conseguir más fácilmente en su región, sin

tener la plena certeza de que el cambio será funcional.


4

1.2 Objetivo general

Analizar estructuralmente la modificación del tren de aterrizaje de la aeronave

KR-2 de fabricación casera en las condiciones de carga crítica, utilizando el

software de modelado y análisis vistos en el seminario, para la evaluación de la

viabilidad de dicha modificación y la detección de las zonas más propensas a falla.

1.3 Objetivos específicos

Ø Examinar las condiciones de aterrizaje establecidas en el FAR parte 23 y 25

para la estimación de las cargas críticas.

Ø Aplicar el Software de modelado Unigraphics NX3 para la generación de los

planos de las partes que constituyen el tren de aterrizaje.

Ø Aplicar el modo de análisis estructural de Unigraphics NX3 para el

despliegue de gráficos en los que se muestren los esfuerzos y

deformaciones en los componentes del tren de aterrizaje.


5

1.4 Justificación

El reporte final surge como una inquietud de poder construir un avión similar al

KR-2 sustituyendo los materiales originales por otros más económicos que

soporten satisfactoriamente las cargas a las que serán sometidos. Pretendiendo

establecer un punto de referencia para todo constructor casero al evaluar el

comportamiento de las alteraciones que se le pueden hacer al diseño de un

ultraligero mediante el uso de sistemas CAD CAE y tomar la mejor decisión al

probar diferentes materiales y/o arreglos.

Por tanto si se utiliza el software de ingeniería se podrá juzgar la viabilidad de

utilizar un tren de aterrizaje funcional a un menor costo.

1.5 Alcance

Como se podrá comprender el reporte ejemplifica el uso del software de

ingeniería para la evaluación de cambios en la materia prima y/o configuración en

un sistema, como lo es el caso del tren de aterrizaje del ultraligero KR-2.

Aunque existen varias condiciones de carga para el análisis estructural del tren de

aterrizaje, solo se utilizarán aquellas para la cual el sistema es exigido al máximo,

con la finalidad de juzgar la modificación y detectar las zonas de posible falla en

aterrizajes con dicha condición.

Cabe mencionar que el análisis será solo por simulación, dejando la opción

experimental a otros estudiantes.


6

1.6 Metodología

A continuación se mencionan los pasos a seguir para la realización del reporte:

Ø Acopio de información sobre la aeronave, los componentes del tren de

aterrizaje y modificaciones propuestas por constructores caseros, así como

la reglamentación aeronáutica referente.

Ø Descripción de aspectos generales acerca de los trenes de aterrizaje

particularizando en el tipo de tren de nuestro interés.

Ø Revisión y selección de la información, para la estimación de los

parámetros que se requieren introducir al software a utilizar.

Ø Proposición y modelado del tren de aterrizaje, para la generación de planos

descriptivos.

Ø Estimación de las cargas a las que se someterá el sistema a evaluar.

Ø Análisis, simulación y despliegue de resultados.

Ø Conclusión del reporte.

Capítulo II Marco Teórico

7

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO


8

2.1 Generalidades

Existen varias formas para clasificar los aeroplanos, ya sea por su velocidad

de vuelo, por el tipo de uso que se le da, por el número, forma y ubicación de los

planos sustentadores, por el tipo y numero de motores, por el tipo de tren de

aterrizaje, etc. Aunque estos últimos pueden variar en tamaño, forma y

complejidad la función sigue siendo la misma.

Tren de aterrizaje

Se denomina tren de aterrizaje al conjunto de ruedas, soportes,

amortiguadores y otros equipos que un avión utiliza para aterrizar o maniobrar

sobre una superficie.

Sus funciones son brindar el soporte al aeroplano, posibilitar el movimiento y

frenado del avión en superficie y amortiguar el impacto del aterrizaje.

Tipos de trenes de aterrizaje

A lo largo de la historia se han desarrollado varias configuraciones de

trenes de aterrizaje las cuales se les puede clasificar de manera general de

acuerdo al tipo de superficie de operación en (figura 2.1):

• Trenes de rodadura (para operación en tierra).

• Trenes con flotadores (para operación en agua).

• Trenes con esquíes (para operación en nieve).

• Trenes híbridos (combinación de los anteriores).

Los trenes de rodadura son los de mayor uso y a su vez

se pueden clasificar por:

Ø Número y disposición de ruedas

Ø Características de articulación

Ø Sistemas de suspensión

Ø Geometría de suspensión

figura 2.1


9

Por el número y disposición de ruedas pueden ser:

Tren biciclo. Se compone básicamente de dos piernas

con uno o más neumáticos colocados uno detrás del otro.

Pueden llevar dos piernas exteriores a los lados para

proporcionar una mejor estabilidad durante rodajes (figura

2.2).

Tren triciclo. Es la configuración más general y consta de

una pierna situada ya sea al frente en la nariz del avión o

en la cola del mismo, y dos principales cerca del centro de

gravedad (figura 2.3).

Tren triciclo doble. Parecida a la del tren triciclo, con la

diferencia de que en este caso el tren principal lleva dos

piernas en cada lado con dos o más neumáticos y una

pierna en el tren de nariz con dos neumáticos (figura 2.4).

Tren multiciclo. Se utiliza principalmente en aeronaves de

gran tamaño y por tanto de un mayor peso. Puede tener

distintos acomodos geométricos (figura 2.5).

figura 2.2

figura 2.3

figura 2.4

figura 2.5


10

Por sus características de articulación.

Trenes fijos. Se encuentran unidos al fuselaje o las alas

de la aeronave, son de construcción sencilla (figura 2.6).

Trenes retráctiles. Tienen la capacidad de replegarse y

alojarse en algún compartimiento dentro del ala o en el

fuselaje del avión (figura 2.7).

Por el sistema de suspensión

Tren de eje o ballesta. Su constitución básica es una

placa flexible usualmente de acero en donde la parte

superior se atornilla al fuselaje y la parte inferior termina

en el eje en donde se monta el neumático (figura 2.8).

Tren de cordones elásticos. Es similar al anterior en lo

que se refiere a la disposición del tren respecto al

fuselaje. Se compone de un determinado número de

cordones y resortes que absorben las carga (figura

2.9).

Figura 2.6

figura 2.7

figura 2.8

figura 2.9


11

Tren de amortiguador líquido. Se basa en la compresi-

bilidad de los líquidos a altas presiones, los componentes

principales son dos cámaras separadas donde actúa un

pistón de acuerdo a la acción de la rueda con el piso.

Tren de amortiguador óleo neumático. Similar al anterior

con la diferencia de utilizar también un gas como agente

amortiguador (figura 2.10).

Por la geometría del sistema de suspensión.

Tren de suspensión telescópica. La característica

principal de este tipo de tren es que el eje de la rueda se

encuentra en la prolongación de la pierna o elemento

principal de la estructura del tren (figura 2.11).

Tren de suspensión articulado o de palanca. Este tipo de

tren debe cumplir con dos condiciones, que el eje del

neumático se encuentre detrás de la pierna o elemento

principal de la estructura del tren de aterrizaje, y que el

brazo del neumático se una al soporte principal por

medio de una articulación que permita girarse libremente

(figura 2.12).

figura 2.10

figura 2.11

figura 2.12


12

Composición básica del tren de aterrizaje triciclo

El tren triciclo se compone de un tren principal y un auxiliar o secundario

(figura 2.13).

El tren principal está diseñado para soportar la mayor parte del peso del

avión y absorber los impactos del aterrizaje, generalmente lo conforman dos

piernas con una o más ruedas, se sitúan cerca del centro de gravedad de la

aeronave, ya sea en el fuselaje a la altura del empotre de las alas o debajo de

ellas.

El tren auxiliar puede estar situado en la cola del aeroplano (figura 2.14 a),

o debajo de la nariz del avión (figura 2.14 b), además de servir de apoyo al

soportar el peso del aeroplano, brinda estabilidad y la capacidad direccional en los

rodajes.

figura 2.14 a)Convencional (rueda de cola) b)Triciclo (rueda en la nariz)

figura 2.13 tren principal tren auxiliar


13

2.2 Tren de aterrizaje fijo

La causa principal del uso entre un tren de aterrizaje fijo o rectráctil depende de

los parámetros de diseño del avión, como la velocidad de vuelo lo que se refleja

en la resistencia al avance producida, el peso de la aeronave y el mantenimiento

del sistema, en la siguiente tabla se muestra la comparativa entre un tipo y otro.

Tipo de tren Fijo Retráctil

Resistencia al avance Alta Mínima

Peso del sistema Bajo Alto

Complejidad y costo Baja Alta

Mantenimiento Insignificante Significante

Tabla 2.1 Comparación entre tren de aterrizaje fijo y retráctil

Se recomienda el uso de trenes retráctiles para aviones cuya velocidad

operacional está por arriba de 277.65 Km/h (150 Kts).

Usualmente vemos trenes de aterrizaje fijos en aeronaves pequeñas que no

operan a grandes altitudes y en réplicas de algunos aviones antiguos; este es el

caso también de la mayoría de los aviones ultraligeros y de fabricación casera ya

que su instalación es más sencilla y su costo es menor.

Como se mencionó anteriormente la configuración del tren de aterrizaje de tres

ruedas es la más difundida, la podemos ver en la mayoría de los aviones militares,

los llamados de turismo, los acrobáticos, de enseñanza, así como los ultraligeros.

También se mencionó los dos tipos de disposición de las ruedas, el tipo

convencional cuyo tren auxiliar es una pequeña rueda en la cola del avión y el tipo

triciclo con el tren auxiliar debajo de la nariz de la aeronave. A continuación se

presenta una tabla comparativa en la que se resaltan las características de estos

dos tipos de arreglo.


14

Tipo de tren Convencional

(rueda de cola)

Triciclo

(rueda en la nariz)

Giro en tierra Poco inestable Estable

Visibilidad sobre la nariz Poca Buena

Nivel del piso del avión

respecto a tierra Inclinado Nivelado

Peso del sistema, costo y

mantenimiento Bajo Medio

Capacidad direccional en

el aterrizaje Poca Buena

Capacidad direccional en

el rodaje Regular Buena

Rotación durante el

despegue Buena Buena

Operación de despegue Requiere experiencia Fácil

Tabla 2.2 Características del arreglo convencional y triciclo

Como se puede observar el tren triciclo tiene mayores bondades, sin

embargo el tren convencional se sigue utilizando siendo su mayor virtud el menor

peso, costo y poco mantenimiento.

Los trenes de aterrizaje fijo se conforman generalmente de piernas

individuales (figura 2.15 a) o en forma de arco o ballesta (figura 2.15 b) hechas

con una placa de acero o de aluminio en las que se monta el eje para la rueda.

figura 2.15 a) una pierna b) en forma de arco o ballesta


15

Otros utilizan una estructura de tubos soldados o atornillados al fuselaje

(figura 2.16 a); también los hay con amortiguadores (figura 2.16 b).

Para reducir la resistencia al avance se incorporan pantalones (figura 2.16 b) y

carenados (figura 2.16 c) o la combinación de ambos (figura 2.16 d).

En la figura 2.16 e se muestran las condiciones de trabajo para un tren fijo; en

vuelo las cargas verticales son prácticamente nulas, en la condición estática

soporta la mayor parte del peso del avión y la carga máxima se presenta en la

condición de aterrizaje con una sola rueda.

a) b) c) d)

e)

figura 2.16

En vuelo Estática Carga máxima

Arco

inclinación


16

2.3 Aeronave de Referencia

El KR-2 de Rand Robinson es un avión ultraligero diseñado para los

constructores caseros, posee buenas prestaciones de velocidad, rango y

economía.

• Utiliza madera, espuma y fibra de vidrio para su construcción

• El kit contiene muchas piezas premoldeadas y su tiempo de construcción es

de 800 horas aproximadamente.


17

Especificaciones

Longitud 14' 6" 4.42 m

Envergadura 20' 8" 6.30 m

Superficie alar 80 ft2. 7.34 m2

Peso vacío 480 lbs. 218.2 kg

Peso cargado 900 lbs. 409.10 kg

Carga útil 420 lbs. 190.91 kg

Capacidad de equipaje 35 lbs. max 15.91 kg

Distancia de despegue 350 ft. 106.68 m

Distancia de aterrizaje 900 ft. 274.32 m

Velocidad de pérdida 52 mph 83.67 Km/h

Velocidad máxima 200 mph 321.80 Km/h

Velocidad crucero 180 mph 289.62 Km/h

Rango (35 gal de combustible) 1600 millas 2571.18 Km

Velocidad de ascenso (ligero) 1200 fpm 365.76 m/min

Velocidad de ascenso (carga

completa) 800 fpm 243.84 m/min

Techo de servicio 15,000 ft. 4572.00 m

Motor VW 2100

Capacidad de combustible 12-35 gal. 45.6-133 lt

Consumo de combustible 3.8 gph 14.44 lt/h

Tren de aterrizaje fijo convencional o triciclo

retráctil convencional

El costo del kit completo con tren fijo convencional es de $7872.00 dólares

U.S. El conjunto del tren cuesta $2610.00, un 33.2% del costo del avión

(referencia electrónica 2).

Los componentes estructurales de una pierna del tren principal de la

aeronave de referencia consta de: un anclaje, una pierna, un soporte y un eje

(figura 2.17).


18

Cabe mencionar que el tren a analizar se basa en la configuración geométrica

de las figuras arriba (referencia electrónica P1). Cuya prueba experimental en la

condición estática es la mostrada en la figura 2.18, otros constructores utilizan

algunas partes adquiridas del kit o construyen las partes con otro tipo de material.

figura 2.17

figura 2.18

Eje

Anclaje

Pierna

Soportes


19

Los materiales propuestos para el tren de aterrizaje son los siguientes:

Parte Material

Anclaje Acero SAE 1045

Pierna Aluminio 2024 T6

Soporte del eje Acero SAE 1045

Eje Acero SAE 1045

Cuyas características se muestran en las siguientes tablas (referencia electrónica

P7) :

Aluminio 2024-T6 Propiedades Sistema métrico Sistema inglés

Densidad 2.78 g/cm3 0.1 lb/in2 Módulo de elasticidad 72.4 GPa 105000 ksi Relación de Poisson 0.33 0.33 Elongación de ruptura 5 % 5 % Resistencia a la tensión 427 MPa 64900 psi Resistencia a la cedencia 345 MPa 50000 psi Resistencia a la fatiga 124 MPa 18000 psi Resistencia al corte 283 MPa 41000 psi Módulo de corte 27 GPa 3920 ksi

Usos: - Partes de aviones: trenes, ejes, tornillos, fuselaje, válvulas hidráulicas, partes de misiles, municiones, tuercas, pistones… - Equipo veterinario y ortopédico. - Estructuras.

Tabla 2.3 Características del aluminio 2024 T6

Acero SAE 1045 Propiedades Sistema métrico Sistema inglés

Densidad 7.87 g/cm3 0.284 lb/in3 Módulo de elasticidad 200 Gpa 29000 ksi Relación de Poisson 0.29 0.29 Resistencia a la tensión 655 MPa 95000 psi Resistencia a la cedencia 585 MPa 84800 psi Elongación de ruptura 12 % 12 % Módulo de corte 80 GPa 11600 ksi

Usos: Trenes de aterrizaje, ejes, tornillos, pernos, tuercas, partes de máquinas…

Tabla 2.4 Características del acero SAE 1045

La selección de los materiales se fundamenta en la información bibliográfica (5

y 6) y electrónica consultada (P7 y P8).


20

2.4 Condiciones de carga

La FAA (Federal Aviation Agecy) Agencia Federal de Aviación de los Estados

Unidos en el FAR (Federal Aviation Regulations) Reglamentación Federal de

Aviación Parte 23 y 25 menciona los estándares a considerar para otorgar las

licencias de vuelo a las aeronaves de transporte, utilitarios, acrobáticos y de la

aviación general.

En las subparte C se tiene información sobre las cargas debidas a tierra y en la

subparte D se muestran los requerimientos mínimos para el diseño y construcción

del tren de aterrizaje.

A continuación se muestran las condiciones que se considerarán para la

estimación de las cargas que se utilizarán en el análisis estructural.

Avión en reposo

En esta condición el peso W del avión es soportado por las tres ruedas; VM y

VT son las cargas verticales sobre el tren principal y de cola respectivamente

(figura 2.19).

W

2VM VT

Ne

NaNb

Nd

figura 2.19


21

Aterrizaje nivelado

En esta condición el avión se posa en el tren principal y con el fuselaje paralelo

a tierra; W es el peso máximo de aterrizaje, n es el factor de carga debido a la

fuerza de inercia durante la rotación, VM y DM es la carga vertical y horizontal

respectivamente sobre el tren principal; T es la componente horizontal de la fuerza

de inercia, I es el momento de inercia necesario para equilibrar las fuerzas (figura

2.20).

Aterrizaje con cola baja

En esta condición el avión se posa con las tres ruedas, VT es la carga

vertical debida al suelo en el tren de cola (figura 2.21).

nnW

W (TOTAL)

I T

2DM

2VM

figura 2.20

nnW2DM

2VM VT

W (TOTAL)

Ne

NaNb

Nd

figura 2.21


22

Aterrizaje en una rueda

En esta condición se considera que toca nivelado utilizando únicamente una

de las piernas del tren de aterrizaje principal, la carga vertical y horizontal sobre la

rueda será el doble para la condición de aterrizaje nivelado (figura 2.22).

Aterrizaje con carga lateral

En esta condición se asume nivelado con el tren principal tocando tierra,

presentando cargas verticales en las piernas y cargas laterales horizontales (S), la

carga longitudinal en el tren se desprecia, Las cargas laterales se producen

cuando el avión no aterriza en un eje completamente paralelo al de la pista (figura

2.23).

I

Carga necesaria para balancear las fuerzas externas

2 VM

W/2W/2

figura 2.22

VMVM

0.8 VM

I

1.4 VM

2 V + 1.0 WM

figura 2.23


23

Frenado en la carrera de aterrizaje

Diagrama muy parecido al de la condición de aterrizaje nivelado. Las cargas

horizontales son producto de la fricción con el suelo, la intensidad de la carga

vertical es menor debido al factor de carga considerado (figura 2.24).

Viraje en tierra

Condición parecida al de cargas laterales. La carga se produce por la fuerza

centrífuga y la fricción al hacer el viraje, las cargas laterales son la mitad de las

verticales correspondientes. No se considera el factor de carga ya que no es

aterrizaje (figura 2.25).

1.2 W (PARA DISEÑO CON PESO DE ATERRIZAJE)

I T

D M =0.8 VM

2VM

figura 2.24

Vm1Vm2

Sm2

0.5 W

1.0 W

VT

figura 2.25


24

2.5 Estimación de cargas críticas

Considerando que un instante antes de comenzar la rotación para tocar pista,

la velocidad de descenso límite debe ser de 10 ft/s (FAR 23.473 (d) y 25.473 (2)) y

tomando en cuenta que la velocidad de aproximación Va � Vs para ese momento.

senθ =VV

V

S

θ =

arcsen

VV

V

S

Donde θ es el ángulo con que las ruedas hacen contacto con la pista; para

el avión de referencia Vs = 52 mill/h (76.25 ft/s).

θ =

=

=arcsen arcsen.

. ºV

VV

S

10

76 257 54

Para que el factor de carga sea n =2 , como se recomienda en el FAR

23.473 (g); el avión debe efectuar la rotación con un radio de giro dado por:

RV

g nft ft=

−=

−=

2 2

1

76 25

32 2(2 118056

( )

.

. ).

Del Apéndice C del FAR 23 se

considera:

K = 0.25 para W � 3000 lb

L nK

tan tan= −

= −

= −1 2 10 25

7 54178

θ.

..

Los datos de la aeronave (ver

figura 2.19):

W = 900 lb

a = 1.2 ft

b = 8.9 ft

d = 10.1 ft

e = 3.05 ft

t = 7 ft

θ VV

Va = VS


25

Considerando el Apéndice C del FAR 23, las condiciones de carga revisadas en el punto 2.4 y aplicando las

condiciones para el equilibrio estático en cada uno de los diagramas, se construye la siguiente tabla en la que se

muestran las ecuaciones para determinar las cargas debidas al suelo para cada caso.

Estático Aterrizaje nivelado

n = 2


n = 2

Aterrizaje con una rueda n = 2

Aterrizaje con carga

lateral n = 2

Frenado en el aterrizaje

n = 12. Viraje en tierra

2V WbdM = ( )2V n L WM = − ( )2V n L W

bdM = − ( )V n L WM = − ( )2V n L WM = − ( )2V n L WM = −

2 1V WbdM =

( )t

WeVWV TM

5.05.02 +−=

DM = 0 2D KnWM = DM = 0 D KnWM = S VM M= 08.

S VM M= 0 6. D VM M= 08.

S VM M1 105= .

S VM M2 205= .

V WadT = VT = 0 ( )V n L W

adT = − VT = 0 VT = 0 VT = 0 V W

adT =

DT = 0 DT = 0 DT = 0 DT = 0 DT = 0 DT = 0 S VT T= 05.

Tabla 2.5 Ecuaciones para determinar las cargas debidas al suelo


26

Sustituyendo las magnitudes calculadas y enlistadas al inicio de la sección 2.5, se obtienen los valores mostrados

en la siguiente tabla:

Estático Aterrizaje nivelado

n = 2


n = 2

Aterrizaje con una rueda n = 2


n = 2

Frenado en el aterrizaje

n = 12. Viraje en tierra

V lbM = 39653. V lbM = 170082. V lbM = 1498 74. V lbM = 340163. V lbM = 170082. V lbM = 134082. V lbM 1 39653= .

V lbM 2 592 61= .

DM = 0 D lbM = 225 DM = 0 DM = 450 S lbM = 1360 65.

S lbM = 1020 49. D lbM = 1072 65.

S lbM 1 198 27= .

S lbM 2 29630= .

V lbT = 106 93. VT = 0 V lbT = 40415. VT = 0 VT = 0 VT = 0 V lbT = 106 93.

DT = 0 DT = 0 DT = 0 DT = 0 DT = 0 DT = 0 S lbT = 53 47.

Tabla 2.5 Cargas debidas al suelo de la aeronave KR-2 para un peso máximo de aterrizaje

Observando detenidamente encontraremos que hay tres condiciones con cargas máximas correspondientes a los

ejes vertical, longitudinal y transversal de la aeronave, dichas cargas y condiciones son las que se utilizarán en el análisis

estructural.

Capítulo III Modelado, Ensamble y Planos

27

CAPÍTULO III

MODELADO, ENSAMBLE Y PLANOS


28

Unigraphics NX3

Unigraphics es uno de los más avanzados productos CAD/CAM/CAE para

solucionar problemas de diseño y manufactura de partes mecánicas. Abarca el

proceso entero de desarrollo del producto, Unigraphics otorga un inmenso valor a

las empresas de todos los tamaños. Simplifica el complejo diseño de un producto,

acelerando el proceso del lanzamiento de estos al mercado.

Unigraphics integra los conocimientos basados en el diseño industrial,

modelado geométrico, análisis avanzado, simulación gráfica, y la ingeniería en

general. El software tiene la capacidad de modelar a partir de rasgos

parametrizados y a través de sólidos geométricos. Además le permite al usuario

diseñar geometrías complejas como perfiles aerodinámicos y colectores de

escape. También cuenta con un poderoso juego de herramientas para el

modelado más rápido de superficies y sólidos

Las aplicaciones más destacadas con las que cuenta son el modelado, dibujo

de planos de construcción, planos descriptivos, simulación de manufactura y

obtención de códigos de maquinado, análisis de movimiento y el análisis

estructural entre otros.

Es por estas cualidades que el manejo de este tipo de software es de vital

importancia para todo estudiante de ingeniería que pretenda integrarse a la

industria de la manufactura o el diseño de productos.

En las presentes páginas se ejemplifica de manera general la forma en que se

modelaron, se ensamblaron y realizaron los dibujos de las partes del tren de

aterrizaje a analizar.

Al comenzar un proyecto (nuevo archivo), el programa solicita si el trabajo será

en milímetros o pulgadas, el nombre del archivo y la localización de éste; una vez

dada la información se oprime el botón OK.


29

3.1 Anclaje

Para comenzar a modelar se llama al

ambiente de modelado , se dibuja un

esbozo (sketch) de la base (figura 3.1), la

cual se restringe dimensionalmente ,

geométricamente y por posición ,

salimos del sketch y se extruye

(extrude) a la distancia requerida.

Sobre el mismo plano se realiza un nuevo

esbozo (figura 3.2), se restringe

dimensionalmente , geométricamente y

por posición; salimos del sketch y se realiza su

extrusión (figura 3.3), es importante elegir la

opción de unir el sólido extruido con la base

en este paso.

Para hacer los aligeramientos se traza

un esbozo como el mostrado en la figura 3.4

y se extruye con la opción de sustraer (subtract)

.

figura 3.1

figura 3.2

figura 3.3

figura 3.4


30

Las perforaciones donde irán los tornillos

de fijación se realizan con la herramienta orificio

(hole) siguiendo las instrucciones de los

cuadros de dialogo que aparecen para

dimensionar y posicionar el orificio.

Para dar forma a la placa donde se fijará

la pierna se traza y se restringe un esbozo en

forma de triángulo y se sustrae de la placa (figura

3.6).

Para las nervadura que darán rigidez se

trazan y se restringen esbozos en forma de

triángulo y finalmente se sustraen de las

correspondientes placas (figura 3.7).

Los orificios para sujetar la pierna se realizan con

la herramienta hole.

Finalmente con la herramienta desvanecimiento

de aristas (edge blend) se le da un

redondeado a las uniones de las placas

perpendiculares a la base principal (figura 3.8).

figura 3.5

figura 3.6

figura 3.7

figura 3.8


31

3.2 Pierna

El procedimiento es similar al modelado del anclaje, se comienza con un

esbozo (sketch) el cual se restringe dimensional, geométricamente y por posición

(figura 3.9), se extruye con el espesor propuesto (figura 3.10), se hacen los

orificios donde se fijará la pierna al anclaje y donde se fijará el soporte del eje

(figura 3.11), finalmente se redondean las aristas que lo requieran (figura 3.12).

figura 3.9

figura 3.10

figura 3.11

figura 3.12


32

3.3 Soporte del eje

Nuevamente comenzamos con un esbozo el cual se restringe dimensional,

geométricamente y por posición (figura 3.13), se extruye (figura 3.14), se hacen

los orificios donde se fija la pierna y el eje (figura 3.15), se redondean las aristas

que lo requieran (figura 3.16), con otro esbozo se traza el contorno triangular para

extruir la nervadura de refuerzo (figura 3.17).

figura 3.15

figura 3.13

figura 3.14

figura 3.16

figura 3.17


33

3.4 Eje

Esta vez comenzamos con la herramienta

bloque (block) para modelar la placa que se

fija al soporte (figura 3.18).

Posteriormente con la opción protuberancia

cilíndrica (boss) se une un cilindro (figura

3.19) que sirve de espaciamiento entre la rueda

y los frenos.

Continuamos con un sketch rectangular que

se centra en el cilindro y se extruye (figura 3.20),

en esta placa se fijan los frenos.

figura 3.18

figura 3.19

figura 3.20


34

Con la herramienta boss se unen 2 cilindros

más para formar el eje donde se montará la

rueda (figura 3.21)

Con hole se practican los orificios en las

placas para alojar los tornillos de sujeción.

Finalmente con edge blend se redondean

las uniones de los cilindros con las placas y las

esquinas de las mismas.

Como pueden darse cuenta son pocas las herramientas necesarias para

modelar un objeto, siguiendo otro procedimiento se puede llegar al los mismos

resultados, la mejor forma será para la cual se reduce el número de pasos y por

tanto el tiempo, dicho método se podrá alcanzar con la práctica.

figura 3.21

figura 3.22

figura 3.23


35

3.5 Ensamble

Para abrir el ambiente de ensamble se oprime el

icono , en la parte inferior de la pantalla aparecerá

una barra de herramientas. Se oprime el icono para

importar el anclaje, que será la pieza base, y siguiendo

las indicaciones de los cuadros de diálogo quedará en la

posición deseada, se importa la pierna de forma similar

(figura 3.24), en los cuadros posteriores se piden las

restricciones de unión entre estas dos piezas (figura 3.25) para lo cual debemos

indicar la unión de las caras en contacto (mate) y hacer concéntricos

(center) los orificios que quedaran unidos. Se importa ahora el soporte del eje y se

realiza algo similar para unirlo a la pierna (figura 3.26), finalmente se realiza lo

mismo con el eje y queda el ensamble final (figura 3.27)

figura 3.24

figura 3.26

figura (3.27)

figura 3.25


36

3.6 Planos

Se abre la aplicación de dibujo (drafting) , en el cuadro de diálogo que

aparece se especifican las unidades de trabajo y el tamaño de la hoja a utilizar.

Con la herramienta agregar vista base (add base view) se selecciona la

vista frontal de la pieza y la escala a la que se desea; dando clic arriba y a la

derecha de la base se generan las vistas superior y lateral derecha.

Agregando una nueva vista base se obtiene el isométrico de la pieza.

Con las distintas herramientas se dibujan las acotaciones, tocando un

elemento del dibujo y arrastrando el cursor hasta la posición deseada, las

anotaciones se insertan como cuadros de texto, el cuadro de referencia y margen

mediante el trazo de cuadros y líneas (figura 3.28).

figura 3.28

Para acotar

Para anotaciones

Para vistas

Para modificar estilos


37

figura 3.29


38

figura 3.30


39

figura 3.31


40

figura 3.32


41

figura 3.33


42

figura 3.34

Capítulo IV Análisis Estructural

43

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS ESTRUCTURAL


44

Análisis por elemento finito

FEA (finite element analysis), o análisis por elemento finito, es un método

aproximado para predecir el comportamiento de estructuras y materiales a

factores externos como fuerzas, calor y vibraciones. El proceso empieza con la

creación de un modelo geométrico; después, el modelo se subdivide (se malla) en

partes pequeñas (elementos) de forma simple conectados con puntos o nodos; de

esta forma, se aproxima la relación de tensión y deformación más fácilmente.

Finalmente, se aplican las propiedades de los materiales y condiciones límite de

cada elemento.

De forma semejante Unigraphics procesa y resuelve los cálculos complejos en

cuestión de minutos. Proporcionando a los diseñadores una idea muy aproximada

del comportamiento de los objetos a las condiciones establecidas.

Algunas de aplicaciones del FEA son el Análisis Estructural, Análisis

Térmico, Dinámica de Fluidos, Compatibilidad Electromagnética y Simulación de

Movimiento. El FEA es generalmente usado en el análisis de mecanismos y

estructuras para determinar las tensiones y desplazamientos, los cuales se utilizan

para predecir las fallas del mecanismo.

Inicialmente se pretendió realizar el análisis en el programa ANSYS 10.0

que es en el que se trabajó más tiempo para este fin, pero debido a algunos

problemas de compatibilidad entre los archivos exportados de NX3 e importados

en ANSYS el proceso de mallado marcaba errores, por lo que después de varios

intentos fallidos se optó por hacer el análisis en NX3.


45

3.1 Preproceso

El preproceso consiste en introducir los parámetros como tipo de análisis a

efectuar, propiedades de los materiales con que se construirá la parte, el tipo de

elemento finito que se utilizará en el mallado, el tamaño de la malla, las

restricciones de desplazamiento y las magnitudes y direcciones de las cargas a las

que se someterá la pieza modelada.

Se comienza abriendo el archivo de la parte a

analizar y abrimos la aplicación de análisis

presionando el icono , al instante aparece un

cuadro de dialogo (figura 4.1) en el que se selecciona

el tipo de resolución (elegir Structures P. E.), el tipo

de análisis que se hará, y se da OK.

Presionando el icono se abre un cuadro

de dialogo (figura 4.2) para introducir los materiales

y sus propiedades, así como asignar el material a

la pieza correspondiente.


de dialogo (figura 4.3) para seleccionar el tipo y

tamaño de elemento finito, forma de la malla y a

que parte se le aplicará.

figura 4.1

figura 4.2


46

Presionado el icono se abre un cuadro

de dialogo (figura 4.4) para establecer las

restricciones de movimiento (traslación y rotación)

en los lugares donde se requieran.


de dialogo (figura 4.5) para establecer el lugar, la

magnitud y dirección de las cargas a aplicar.

Cada vez que se realiza cada paso, a la derecha

aparece un árbol en el navegador (figura 4.6) en el

que se puede acceder a cada parte para realizar los

cambios necesarios.

figura 4.3

figura 4.4

figura 4.5

figura 4.6


47

3.2 Solución

En este paso se solicita al programa efectuar la solución de los elementos que

conforman la malla, para la cual resuelve 6 veces el número de ecuaciones

generadas por cada nodo que conforma la malla.

En la parte de la derecha como se mencionó aparece

un navegador, para mandar solucionar lo anteriormente

establecido se da click con el botón derecho del ratón al

mismo tiempo que se señala con el cursor el icono de

solución (solution), y seleccionamos la opción resolver

(solve) (figura 4.7) de la ventana que se despliega;

aparecerán otras ventanas que indican que el cálculo se

esta llevando acabo.

Al finalizar la solución, la ventana activa marca

terminado (completed) (figura 4.8) y en el navegador

aparece un nuevo icono con la leyenda resultados

(results) y se activan los iconos de visualización de

resultados en la parte izquierda de la pantalla.

figura 4.7

figura 4.8


48

3.3 Post-proceso

En esta etapa se solicitan los resultados al

programa; para acceder se da click con el botón

derecho del ratón sobre la ramificación results en el

navegador y elegimos la opción abrir (open) (figura

4.9) o mediante los iconos que se activaron en la

parte izquierda de la pantalla.

Un listado de resultados aparece en el navegador. Para ver algún tipo en

especial vasta con encender la paloma a un lado de la leyenda, también se puede

observar una simulación del comportamiento de la pieza en cada condición de

estudio utilizando la barra de herramientas de la parte izquierda de la pantalla.

Siguiendo las anteriores pasos se repitió el proceso para cada una de las

condiciones de carga crítica determinadas en el punto 2.5 del reporte, las cuales

son el aterrizaje con una sola rueda, el aterrizaje con carga lateral y el frenado.

A continuación se muestran los gráficos obtenidos para cada condición y

cada parte.

figura 4.9


49


Desplazamiento nodal máximo (color rojo):

Anclaje 19.14 x 10-3 in (0.486 mm)

Se presenta en la parte superior derecha de la

placa donde se fija la pierna y hacia adentro.

Pierna 6.938 in (17.62 cm)

Se presenta en la parte inferior y hacia afuera.

Soporte del eje 6.605 x 10-3 in (0.167 mm)

Se presenta en la parte inferior trasera y hacia

atrás.

Eje 7.454 x 10-2 in (1.893 mm)

Se presenta en el extremo y hacia arriba.


50


Diagrama de esfuerzos de Von Mises

Esfuerzo nodal máximo (color rojo):

Anclaje 2.49 x 105 psi

Se concentran los esfuerzos en los puntos

de fijación y en la parte superior de la

nervadura mayor.

Pierna 5.729 x 105 psi

Se concentran los esfuerzos en el primer

tercio superior.

Soporte del eje 1.322 x 105 psi

Se concentran los esfuerzos en el doblez y

la nervadura.

Eje 2.703 x 105 psi

Se concentran los esfuerzos en la zona de

fijación y en el cilindro de separación.


51


Desplazamiento nodal máximo

(color rojo):

Anclaje 2.736 x 10-2 in (0.695 mm)

Se presenta en la parte inferior y central de

la placa donde se fija la pierna y hacia

fuera y adentro respectivamente.

Pierna 1.395 in (3.54 cm)

Se presenta en la parte inferior y hacia

afuera.


Se presenta en la parte inferior y hacia

adentro.

Eje 3.723 x 10-2 in (0.945 mm)

Se presenta en el extremo y hacia arriba.


52



Es fuerzo nodal máximo (color rojo):


Se concentran los esfuerzos en las uniones

de las nervaduras con la placa donde se fija

la pierna.



tercio superior.


Se concentran los esfuerzos en la placa

inferior y en la nervadura.

Eje 1.291 x 105 psi




53


Desplazamiento nodal máximo (color rojo):

Anclaje 2.296 x 10-2 in (0.583 mm)

Se presenta en la parte superior derecha de la

placa donde se fija la pierna; hacia adentro y al

frente.

Pierna 2.732 in (6.93 cm)

Se presenta en la parte inferior, hacia afuera y

atrás.


Se presenta en la parte inferior trasera y hacia

atrás.

Eje 9.263 x 10-3 in (0.235 mm)

Se presenta en el extremo, hacia arriba y

atrás.


54



Es fuerzo nodal máximo (color rojo):


Se concentran los esfuerzos en los orificios de

fijación del lado de las nervaduras.



tercio superior.


Se concentran los esfuerzos en el doblez y la

nervadura.

Eje 3.797 x 104 psi



Conclusiones

55

Conclusiones

Analizando la anterior información gráfica se puede destacar que para el

anclaje, las zonas más propensas a falla son las nervaduras de refuerzo, así como

los agujeros más cercanos, ya que en esas partes se presentan los mayores

esfuerzos. En cuanto a la pierna, es preocupante el alto desplazamiento obtenido

en la condición de aterrizaje con una rueda, pudiendo darse el caso de una

deformación permanente o rotura para tal evento. Como se pude observar la

distribución de esfuerzos es muy similar en las tres condiciones siendo la mayor

concentración en el primer tercio superior siendo ésta, por tanto, la zona más

crítica. El soporte del eje presenta los esfuerzos más grandes en el doblez y la

nervadura, finalmente el eje presenta los esfuerzos de mayor magnitud en el

cilindro de separación y los orificios donde se une con el soporte.

Los desplazamientos nodales de las partes de acero son menores a un

milímetro en la mayoría de los casos, lo que supondría que se soporta las cargas

eficientemente, sin embargo si se comparan los valores de esfuerzo con los de

resistencia del material se encuentra que los esfuerzos exceden los límites, a lo

que supone una falla del material.

En el caso de la pierna, aunque las deformaciones para el aterrizaje con carga

lateral y frenado parecen normales, el desplazamiento para el primero de los tres

análisis sugiere una revisión en la utilización del material propuesto, de igual forma

las magnitudes de los esfuerzos superan los permisibles.

Reflexionando en el porque de los resultados, se puede mencionar que la

estimación de las cargas aplicadas se hicieron considerando el peso máximo de la

aeronave, lo cual no sucede en la realidad ya que cuando un avión aterriza lo hace

con poco menos de la mitad de combustible, comparando las magnitudes de las

cargas tomadas como críticas (tabla 2.5) con las que soporta el avión en condición

estática son más del triple (ocho veces mayor para el aterrizaje con una rueda).

Conclusiones

56

Por otro lado no se consideró la energía que absorben los neumáticos lo cual

hace que los componentes de la pierna reciban una menor carga a la calculada.

Otra consideración a tomar en cuenta es el tamaño de la malla empleada ya que

la convergencia es oscilatoria, es decir que conviene realizar análisis iterativos

variando el tamaño de la malla hasta que las magnitudes obtenidas no varíen

tanto, así los resultados serán más aproximados a la realidad.

No obstante a nuestro parecer el tren soportará de buena manera aterrizajes

nivelados, con carga lateral y frenados no tan violentos, es por ello que se

recomienda a los pilotos evitar condiciones tan críticas de aterrizaje; otra

recomendación que se le haría al constructor es aumentar el espesor del la pierna

y de las placas que constituyen los otros elementos.

En definitiva el costo de la fabricación casera del tren analizado es más

económica en comparación con los precios de los fabricantes.

De la información investigada, los cálculos realizados, el modelado y el análisis

hecho, podemos constatar que el uso de software de ingeniería es una gran

herramienta en la actualidad para la agilización, disminución de tiempo y costos en

el desarrollo de nuevos productos, en especial en el de aquellos para los cuales se

requieren realizar varios tipos de análisis.

Bibliografía

57

Bibliografía

Libros y revistas:

1. Conway H. G., (1958) Landing gear design. 1ª edición, Londres, Editorial

Chapman & may LTD.

2. Roskan Jan, (1989) Airplane Design. Part IV: Layout design of landing gear

and systems. 1ª edición 2ª reimpresión, Kansas, Universi dad de Kasnsas.

3. Isidoro Carmona Anibal, (2000) Aerodinámica y actuaciones del avión. 10ª

edición, Madrid, Editorial Paraninfo.

4. Matias D. Adelaido. (2006) El método del elemento finito mediante el

sotfware ANSYS. 1ª edición, México D. F, IPN.

5. Budinski Kenneth G., (1996) Engineering materials: proprieties and

selection. 5ª edición. Ohio, Editorial Prentice Hall.

6. Hoffman Edward G.,(2006) Manual del taller para estudiantes y operarios.

2ª edición, México D. F, Editorial Limusa.

7. Ordóñez R. Carlos, (1963) Aerodinámica 4. 1ª edición, México, Ed. UTEHA.

8. Aviación general y deportiva, (2002) Anuario. Año V no. 50, España, NG

PRESS Publicaciones, S.L.

Tesis y reportes técnicos:

T1. Manjares Garduño Roberto G., (2006) Propuesta metodológica para el

modelado y análisis de una pierna del tren de aterrizaje de una aeronave

ejecutiva, Tesis de licenciatura, México D.F. ESIME Ticomán.

T2. Gayol Roldan Jorge, (1950) Tren de aterrizaje, Tesis de licenciatura, México

D.F. ESIME Ticomán.

T3. Mejía Carmona Alejandro, (1985) Proyecto del diseño de un avión

ultraligero Capítulo VII “Cálculo estructural del tren de aterrizaje y fuselaje”,

Tesis de licenciatura, México D.F. ESIME Ticomán

Bibliografía

58

Sitios y páginas electrónicas:

P1. Proyecto y construcción del KR-2 EGB http://www.kr2-egb.com.ar/

[Accesado el día 1 junio de 2007]

P2. KR Rand Robinson http://www.krnet.org/ [Accesado el día 1 junio de 2007]

P3. Construcción de ultraligeros http://www.ultraligero.net/ [Accesado el día 1

junio de 2007]

P4. Construcción de ultraligeros http://www.ultralighthomepage.com/ [Accesado

el día 1 junio de 2007]

P5. FAR subparte 23http://www.fligtsimaviation.com/data/FARS/part_23.htm/


P6. FAR subparte 25 http://www.fligtsimaviation.com/data/FARS/part_25.htm/


P7. Propiedades de los materiales, http://www.matweb.com/ [Accesado el día

20 junio de 2007]

P8. Aplicaciones del aluminio, http://www.luminium.com/ [Accesado el día 20

junio de 2007]

P9. Venta de trenes de aterrizaje y accesorios, http://www.groveaircraft.com/


Glosario

59

Glosario

Acrónimos

a Distancia horizontal entre el centro de gravedad y el punto de contacto de

la rueda del tren principal con el suelo (estando el avión con la cola baja).

b Distancia horizontal entre el centro de gravedad y el punto de contacto de

la rueda de cola con el suelo.

CAD Computed Aided Design (Diseño Asistido por Computadora).

CAE Computed Aided Enginering (Ingeniería Asistida por Computadora).

CAM Computed Aided Manufacturing (Manufactura Asistida por Computadora).

CG Centro de gravedad del avión.

d Distancia horizontal entre los puntos de contacto de las ruedas del tren

principal y el de cola con el suelo.

DM Carga horizontal longitudinal sobre el tren principal debida al suelo.

DT Carga horizontal longitudinal sobre el tren de cola debida al suelo.

e Distancia vertical del centro de gravedad al suelo estando el avión

apoyado en las tres ruedas.

FAA Federal Aviation Administration (Administración Federal de Aviación).

FAR Federal Aviation Regulation (Reglamentación Federal de Aviación).

I Fuerza inercial angular necesaria para equilibrar la aeronave.

ksi Kilo libra por pulgada cuadrada

n Factor de carga

psi Libra por pulgada cuadrada

SM Carga horizontal transversal sobre el tren principal debida al suelo.

ST Carga horizontal transversal sobre el tren de cola debida al suelo.

T Componente hacia adelante de la fuerza de inercia.

t Distancia horizontal entre los puntos de contacto de las rudas del tren

principal

Va Velocidad de aproximación

VM Carga vertical sobre el tren principal debida al suelo.

Glosario

60

Vs Velocidad de entrada en pérdida.

VT Carga vertical sobre el tren de cola debida al suelo.

W Peso del avión.

Términos

Avión Es un vehículo aéreo más denso que el aire capaz de

sustentarse mediante fuerzas aerodinámicas generadas por

alas fijas.

Carga crítica Valor de carga máxima para la cual un sistema está cercano a

la falla.

Carga útil Es la cantidad de carga que el avión puede llevar abordo sin

contar el combustible.

Distancia de

aterrizaje

Es la distancia que requiere el avión para detenerse por

completo desde el momento que toca pista.

Distancia de

despegue

Es la distancia requerida para alcanzar una velocidad mínima

de 1.2 veces mayor a la de desplome y librar un obstáculo de 50

pies de altura.

Envergadura Distancia entre los extremos del ala.

Factor de carga Carga que actúa sobre el avión debida a la acción de una fuerza

centrífuga, también se define como el cociente entre la

sustentación y el peso del avión.

Fuselaje Del francés "fuselé" que significa "ahusado", se denomina

fuselaje al cuerpo principal de la estructura del avión, cuya

función principal es la de dar cabida a la tripulación, a los

pasajeros y a la carga, además de servir de soporte principal al

resto de los componentes.

Malla Conjunto de elementos en los que se divide una parte para

poder ser analizada.

Peso cargado Peso del avión con carga máxima.

Glosario

61

Peso vacío Peso del avíón sin combustible.

Rango Distancia máxima que puede recorrer un avión con la máxima

cantidad de combustible.

Resistencia al

avance

Es la fuerza que impide o retarda el movimiento de un

aeroplano.

Software Son las instrucciones electrónicas que indican al procesador

realizar tareas específicas.

Superficie alar Superficie total correspondiente a las alas

Techo de

servicio

Altura máxima de operación de una aeronave a la cual la tasa

de ascenso cae a 100 pies por minuto.

Velocidad

crucero

La velocidad de crucero es la que mantiene el avión cuando

alcanza la altura de vuelo que va a mantener durante toda o la

mayor parte de la ruta asignada por el control de tráfico y oscila

normalmente entre 0.74 y 0.86 Mach (velocidad del sonido),

según el tipo de avión.

Velocidad de

ascenso

Es la velocidad de trepada máxima de un avión.

Velocidad de

pérdida

Es la velocidad mínima a la que una aeronave es capaz de volar

manteniéndose en el aire, es decir, consiguiendo una

sustentación que sea capaz de igualar su peso y así no perder

altura.

Velocidad

máxima

Es la velocidad máxima a la que puede volar el avíón.

Glosario

62

Términos del software

Add base view Herramienta para agregar vistas en un dibujo.

Block Herramienta para modelar bloques.

Boss Herramienta para insertar una protuberancia cilíndrica.

Center Herramienta para centrar dos orificios en un ensamble.

Constraints Herramienta para agregar restricciones de desplazamiento a

una pieza.

Draftin Aplicación para el dibujo de planos.

Edge blend Herramienta para redondear o desvanecer aristas.

Extrude Herramienta para extruir o formar un sólido a partir de un

esbozo.

Hole Herramienta para insertar orificios.

Joint Operación para unir dos sólidos o áreas.

Loads Herramienta para aplicar cargas a una pieza

Mate Herramienta para acoplar dos superficies en un ensamble.

Materials Herramienta para especificar las propiedades del material y la

asignación de los mismos.

Mesh Herramienta para especificar el tipo de elemento finito , tamaño

y la asignación de una malla.

Results Opción que permite acceder a los resultados.

Sketch Herramienta para trazar esbozos en 2D.

Solve Opción para mandar resolver un mallado.

Subtract Operación para sustraer un sólido o un área de otro cuerpo.

Apéndice

63

Apéndice

Debido a que en el programa Unigraphics no se pudo analizar el ensamble del

tren con las cargas estimadas en el capítulo dos, fue necesario determinar las

componentes que actuarían sobre cada parte para hacer el análisis individual de

cada elemento.

A continuación se muestran los diagramas considerados y las ecuaciones que

surgieron a partir de los mismos.

Para la carga vertical en la pierna α = 36.76º

senα =VV

MY

M

V VMY M= senα

cosα =VV

MZ

M

V VMZ M= cosα

Para la carga lateral en la pierna

sen β =SS

MY

M

S SMY M= senβ

cosβ =SS

MZ

M

S VMZ M= cosβ

Para la carga en el eje x D DMX M=

Z

Y

α

VM

α VMY

VMZ

Z

Y

α

SM

β

SMY

SMZ

β = 90� º - α

Apéndice

64

Para la carga vertical en el soporte del eje α = 45º

senα =VV

MY

M

V VMY M= senα

cosα =VV

MZ

M

V VMZ M= cosα

Para la carga lateral en el soporte del eje

sen β =SS

MY

M

S SMY M= senβ

cosβ =SS

MZ

M

S VMZ M= cosβ

Igualmente la carga en el eje x D DMX M=

Para el eje se aplican directamente las cargas ya que la posición del modelado es

cercana a la que ocupa en el ensamble.

Z

Y

VM

α VMY VMZ

Z

Y SM β = α

SMZ

SMY

Z

Y

SM

VM

DM

X

Apéndice

65

Para la carga vertical en el anclaje

R VB M=14 82

3 26

.

.

R V RA M B= +

VMB = -RB

VMA= -RA

Para la carga lateral en el anclaje

R VB M=2311

576

.

.

R S RA M B= +

SMB = -RB

SMA= -RA

Para la carga longitudinal en el anclaje

R VB M=2311

576

.

.

R S RA M B= +

DMB = -RB

DMA= -RA

Z

Y

VM VMA

VMB

RA

RB

A

14.82 in 3.26 in

Z

Y

SM

SMA

SMB

RA

RB A

23.11 in

5.76 in

Z

Y

DM

SMA

SMB

RA

RB

A

23.11 in

5.76 in

Apéndice

66

Costos del KR-2 (referencia electrónica P2)

The KR-2 is a high speed two-place side-by-side monoplane. As with all KR's, the

KR-2 is equipped with removable wings, and your choice of retractable, fixed

conventional, or tricycle gear.

KR-2 Price List

KR-2 Builder's Manual and Plans - $165.00. Shipping: $10 US, $15 Canada and Mexico, $50 overseas. California residents add 7.75% sales tax.

KR-2 Rand Robinson Fixed Gear Version - $8,097.00

GROUP 1 - $1,685.00 Spruce Kit $730.00 Plywood Kit 304.00 Firewall Plywood 65.00 Wing Attach Fittings 560.00 T-88 Structural Adhesive 26.00 GROUP 2 - $2,610.00 Fixed Landing Gear Pkg. $ 750.00 Cleveland Hyd. Brake Pkg. 1390.00 Tail Spring 25.00 Tail Wheel 65.00 Bolt Kit 130.00 Wheel Fairings (2) 250.00 GROUP 3 - $1,114.00 Aluminum Kit $140.00 Cables & Pulleys 75.00 Stainless Steel Firewall N/A Rudder Pedal Assembly 146.00 Flap Handle 90.00

Apéndice

67

Turnbuckle Kit 195.00 Tail Surface Hinges 195.00 Control Stick Assembly 195.00 Aileron Pushrods & Rod Ends 48.00 GROUP 4 - $762.00 Foam Kit** $265.00 Fiberglass Cloth Kit 180.00 Aeropoxy (2) 102.00 E-Z Poxy 80.00 4-Minute Epoxy N/A Piano Hinges 135.00 GROUP 5 - $1,926.00 Premolded Turtledeck $310.00 Premolded Canopy Frame 210.00 Canopy 395.00 Premolded Forward Deck & Instrument Panel 175.00 Premolded Cowl 445.00 Premolded Wing Tips 156.00 Premolded Fuel Tank 170.00 Canopy Latches 30.00 Cowl Fasteners 35.00 ************************************************************************* KR-2 DIEHL FIXED KR-2 DIEHL TRI GROUP 1 $1685.00 $1585.00 GROUP 2 2385.00 2967.50 GROUP 3 1064.00 1064.00 GROUP 4 762.00 762.00 GROUP 5 1926.00 1926.00 ________ _________ TOTAL COST $7872.00 $8454.50

Apéndice

68

Costo del tren de aterrizaje para el avión de referencia (referencia electrónica

P9).

KR2 (One Piece) Wheels Axles

Hardware

Gross Weight: 1050 lbs. Weight: 21.6 lbs. Material: 7075-T6 Aluminum Axle Bolt Hole Pattern: Type 1 Optional Gundrill $150.00 P/N 1171-3 Price: $950

KR2 (Two Piece Spar

Mounted) Wheels Axles

Hardware

Gross Weight: 1050 lbs. Weight: 15.0 lbs./pr Material: 7075-T6 Aluminum Axle Bolt Hole Pattern: Type 1 Optional Gundrill $150.00 P/N 1172-1 Price: $980

instituto politÉcnico nacional 2007.pdf · tipos de trenes de aterrizaje a lo largo de la historia...

Documents