Guia Del Proyecto Ago-dic 2014

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IPNESIME TICOMANACADEMIA DE AERODINMICAMECNICA DE VUELOPROF. JACAAgosto 2014

Gua e instrucciones para el ProyectoTtulo: Clculo de los Rendimientos y Actuaciones de un avinmonomotor de combustin interna con hlice

Este proyecto servir como ejemplo y ejercicio para aplicar, de manera individual y en equipo, una metodologa de clculo de los rendimientos y actuaciones de un avin.

El proyecto se realizar individualmente, y en paralelo se desarrollar otro en equipo, resultado de la colaboracin y consenso de los trabajos individuales de los integrantes de cada equipo. Los avances de ste ltimo sern parte de la 1 y 2 evaluacin semestral. Ya terminado se entregar como evidencia del trabajo colectivo para complementar la 3 calificacin hacia el final del curso.

El proyecto individual se deber traer siempre a clase, (en formato libre: cuaderno, carpeta, computadora, etc.), con el avance al da, en calidad de borrador, como apuntes y ejercicios con resultados grficos y numricos del avin propuesto. Eventualmente servir como material para evaluar el rubro de participacin en clase y adems, se requerir terminado, impreso y engargolado, en caso de optar por la evaluacin extraordinaria al final del curso (ver calendario de evaluacin).

Evidentemente ambos trabajos, el individual y el en equipo, debern ser congruentes y podrn ser similares pero no iguales.

Los equipos se formarn conforme a los listados oficiales del SAES. Consultar en el Buzn y/o con el profesor el equipo al que se pertenece.Adems de evaluar el contenido y presentacin del proyecto, se calificar la voluntad y capacidad de trabajar en equipo as como el cumplimiento y precisin de seguir las instrucciones, empezando con sta Gua del Proyecto.

Forma de evaluacin y entrega del proyecto en equipo:

En la primera y segunda evaluacin semestral, en las fechas previstas en el calendario de evaluacin, se presentarn los avances respectivos, en pantalla de computadora y en formato PDF. Solamente se entregar un documento impreso que contenga una portada, en una cuartilla el resumen del punto iv de sta Gua, la ficha tcnica correspondiente y las tres vistas del avin propuesto, todo conforme a la Gua. Todos los integrantes del equipo debern estar presentes durante la 1 y 2 revisin de avances.

El proyecto completo y desarrollado en equipo, se entregar en un CD en formatos .docx y .PDF para complementar la tercera evaluacin semestral. Deber ceirse a las instrucciones de esta Gua.

A continuacin se explica la estructura del proyecto como documento (tanto el individual como el desarrollado en equipo):

Portada: Ttulo, datos institucionales, del (los) integrante(s) del equipo, del profesor, lugar y fecha.

i) Introduccin. Texto en el cual se deben describir el avin, su misin y los motivos de su seleccin.

ii) Objetivo. Redactar en mximo de 5 renglones, el objetivo del proyecto en el contexto del curso.

iii) Contenido. Es el ndice con paginacin. En sta Gua, lo anotado en color azul corresponde al contenido (ndice) del proyecto. Lo anotado en negro son instrucciones, explicaciones o ejemplos. Este texto no debe aparecer en la presentacin del proyecto.

Desarrollo:El desarrollo de cada tema (y/o donde aplique) deber tener la siguiente estructura:a. Ttulo.b. Definicin.c. Introduccin (breve explicacin que ubique lo que se va a hacer desde un contexto general).d. Glosario, acrnimos, siglas y/o simbologa utilizada, en su orden de aparicin.e. Desarrollo fsico-matemtico del tema hasta la obtencin de ecuaciones y frmulas requeridas.f. Ilustraciones que apoyen el desarrollo.g. Clculos.h. Anlisis dimensional.i. Presentacin de resultados.j. Todas las ilustraciones (dibujos, grficas, etc.) y tablas debern llevar ttulo y nmero de control.k. Los encabezados de las tablas, para cada columna debe indicar: nombre del parmetro; smbolo; frmula, fuente o forma de cmo se obtiene su valor; unidades.l. Referencias bibliogrficas. Adicionalmente a lo visto en clase, se deber consultar y contrastar con al menos una bibliografa y colocar la referencia, (ejemplo: [1] Ordez 4, pag. XX), para cada tema, grfica, ecuacin, frmula, dato, etc., utilizados.

iv) Consideraciones preliminares.Para el proyecto en equipo, previa discusin y consenso de los integrantes, redactar un texto que plante un escenario, una problemtica por resolver o una necesidad a cubrir. Puede tratarse de algo hipottico pero realista, como por ejemplo la seleccin de un avin para una empresa de fotografa area, un fumigador, un taxi areo, etc. Explicar el lugar, su elevacin, el tipo o caractersticas del aeropuerto, aerdromo o terreno de despegue, el tiempo estimado de vuelo, la distancia a recorrer, la altitud y velocidad de crucero, los tipos de maniobras a realizar, etc. del avin propuesto.

v) Estudio comparativo.

Como base para desarrollar la propuesta de un avin al cual se le calcularn sus rendimientos y actuaciones, se requiere hacer un estudio comparativo de aviones similares, para adquirir experiencia indirecta, tomar ideas y saber ms sobre aviones similares al propuesto.

Bajo este ttulo redactar el propsito del estudio comparativo, colocar como ejemplo solo una de las grficas de dispersin con su regresin e indicar que en el anexo A se encuentra el desarrollo del estudio comparativo: tabulacin o base de datos, las 3 vistas de cada avin recopilado y las grficas de la estadstica.

Proponer la geometra, forma y dimensiones del avin al cual se le van a calcular las actuaciones y rendimientos, teniendo como condiciones que sea: monoplano, ala fija, monomotor alternativo y con hlice. No utilizar algn avin existente.

El estudio comparativo de cada proyecto deber considerar al menos 10 aviones.

Para acotar un rango de posibilidades, los aviones similares debern tener una potencia alrededor de los 300 HP.

En una hoja electrnica, tabular y graficar el peso mximo de despegue, W0, de cada avin contra los dems parmetros de la ficha tcnica mostrada ms abajo. Ejemplo: W0 vs pasajeros; W0 vs Superficie alar; W0 vs Potencia, etc.

A todas las grficas aplicarles la regresin lineal para obtener la lnea de tendencia de su comportamiento.

Obtener el promedio aritmtico del peso mximo de los n aviones investigados. Con ste valor, regresar a las grficas y con base en las lneas de tendencia, obtener los dems parmetros para completar la ficha tcnica en la columna correspondiente al estudio comparativo.

vi) Ficha Tcnica del avin propuesto (No modificar el formato de la tabla)sta ficha se ir completando conforme se avance en el proyecto. Evidentemente la columna de datos del estudio comparativo estar limitada a las fichas tcnicas de los aviones investigados. Mientras ms datos se obtengan, mejor ser la evaluacin.

APLICACIN DEL AVIN:

DEL ESTUDIO COMPARA-TIVO1 REVISIN2 REVISINPROYECTO FINAL

PARMETROSIMBOLOUNIDADSistema InternacionalSistema Ingls

CantidadUnidadCantidadUnidad

1Capacidad de pasajeros y/o tripulantes#Px- - -

2Longitudlam

3Envergadurabm

4Alturaham

5Perfil del ala- - -

6Superficie alarSm2

7Superficie hmedaShm2

8Conicidad- - -

9Cuerda Media AerodinmicaCAMm

10AlargamientoAR- - -

11Factor de eficiencia de Oswalde- - -

12Peso vacoWekg

13Peso mximoWokg

14Cantidad de combustibleWvfl

15Peso del combustibleWfkg

16Potencia nominalPHP

17Velocidad nominal de giro del motor nmRPM

18Relacin de variacin de nsnm:nh- - -

19Velocidad mxima operativaVMAXkm/h

20Velocidad de cruceroVCkm/h

21Velocidad de desplome en h0VS0km/h

22AutonomaEhoras

23AlcanceRkm

24Techo absolutoHm

25Techo de servicio (crucero)hcm

26Techo operacionalhom

27Rgimen de ascenso en cruceroVVcm/s

Hlice:

Perfil aerodinmico

28Dimetro de la hliceDhm

29Altura de seguridad (punta hlice- suelo)hhm

30Nmero de palasN- - -

31ngulo de paso en crucero 0.75R(o)

32Eficiencia mxima en cruceroMAXc

33Perfil

Otros:

Tabla xx. FICHA TCNICA DEL AVIN PROPUESTO:

vii) Tres vistas inicialesNo utilizar tal cual alguno de los aviones recopilados, se trata de proponer otro que podr ser similar a alguno pero con las dimensiones (anotadas en la ficha tcnica) derivadas del estudio comparativo. La geometra (la forma) puede ser parecida alguno de los aviones recopilados en tanto sea congruente con la aplicacin elegida.

Elaborar los dibujos TCNICOS* a escala de las tres vistas del avin. Incluir cada vista en una hoja tamao carta con acotaciones, escala y cuadro de datos (ttulo, fecha, escala, unidades, etc.), adems del isomtrico.*Se recomienda utilizar un software de dibujo o en su defecto, hacerlo con las reglas y calidad de un dibujo tcnico. Para las revisiones de avances, se requerir imprimir las tres vistas. Debe tenerse cuidado de que las impresiones guarden la escala real indicada en sus cuadros de datos.

viii) Perfil de MisinPara desarrollar ste punto, se requiere estudiar el tema en el libro de Daniel P. Raymer, Aircraft design: a conceptual approach. Con base en las consideraciones preliminares, elaborar el dibujo esquemtico del perfil de misin. Para mejorar la explicacin del perfil, elaborar una vista superior de la trayectoria desde el despegue hasta el aterrizaje con el mayor nmero de detalles tales como el tipo de aeropuerto o caractersticas de la zona de despegue, tipo o forma de ascenso, altitud y velocidad esperada de crucero, distancia recorrida (aproximada), tiempo de vuelo (aproximado), forma o tipo de descenso y tipo o caractersticas de la zona de aterrizaje. Se recomienda utilizar mapas, cartas de navegacin, croquis e ilustraciones en general.

1 RENDIMIENTOS1.1 Sistema de Propulsin1.1.1 Introduccin 1.1.2 MotorTodos los equipos debern utilizar el motor Lycoming IO-540 de 300 HP. La informacin de ste motor ser proporcionada al inicio del curso, misma que deber colocarse en un anexo B del proyecto.Para hacer ms interesante el proyecto, inicialmente no se considerar la sobre-alimentacin en el motor, por ello habr que hacer las correcciones de potencia por efecto del cambio de altitud de operacin. Se recomienda utilizar el mtodo con base en la densidad relativa que presenta Von Mises en su libro Theory of flight.

1.1.3 Correccin de la potencia por altitudDesarrollar el tema conforme a la estructura indicada en el punto iii) de sta Gua.

Tabular la potencia vs RPMs desde la grfica correspondiente (anexo B), a nivel del mar y efectuar las correcciones para las siguientes altitudes. Hacer las grficas de HP vs RPM a las siguientes altitudes: Nivel del mar Nivel del aeropuerto de despegue y aterrizaje. Nivel de la Cd. De Mxico. Nivel del aeropuerto de Toluca. A 10000, 15000, 20000, 25000 y 30000 pies.

Este es un ejemplo de las grficas solicitadas.Figura XX. Comportamiento de la potencia vs RPMs con variaciones de altitud del Motor YYYY ZZZZ

1.2 HliceSe requiere estudiar el tema de seleccin de una hlice en los libros de D. Dommasch y C. Ordez 4 (ver la bibliografa del temario de la asignatura). Inicialmente se considerar de paso fijo y al final se asumir que es de paso variable automtico.

1.2.1 Definicin

1.2.3 Introduccin

1.2.4 Seleccin preliminarSeleccionar una hlice del compendio del libro de C. Ordez, tomo 4. Desde el estudio preliminar, tomar los datos de dimetro, D, nmero de palas y velocidad de crucero, Vc, para calcular el parmetro de similitud, J.

El subndice p es de preliminar. El parmetro n es la velocidad de giro de la hlice, que en caso de no haber algn sistema de aumento o reduccin de RPMs, ser la misma del motor.

Cada motor tiene un valor de potencia y RPMs en donde opera con su mejor eficiencia. A esa potencia se le llama Potencia Mxima Continua, PMC, y es un dato que aporta el fabricante. Preliminarmente y en tanto se consigue dicho dato, un criterio conservador permite utilizar como PMC el 75% de la potencia nominal (mxima) para la altitud seleccionada junto con las RPMs que resulten de la grfica de HP vs RPM, ver punto 1.1.3 de sta gua.

Antes de calcular el valor de , hay que verificar dos cosas:

1.2.5 Verificacin por distancias de seguridadInvestigar en la reglamentacin correspondiente y verificar que se cumpla la mnima distancia de seguridad de las puntas de las hlices con el suelo y/o con alguna parte del avin.

1.2.6 Verificacin por MACH en las puntasInvestigar en la reglamentacin correspondiente y verificar que en las puntas de la hlice no se alcancen velocidades transnicas. Para el proyecto se propone un lmite de 0.80 de Mach.

En caso de no cumplirse lo anterior, se tienen dos alternativas: Disminuir el dimetro (reconsiderando el nmero de palas) de la hlice o suponer la instalacin de un mecanismo reductor de RPMs.

Con el calculado, buscar la hlice, entre las familias Clark Y y RAF-6, que tenga la mayor eficiencia y su correspondiente ngulo de paso geomtrico, (al 0.75R). sta ser la hlice para el avin propuesto.

El proceso de seleccin de la hlice debe ubicarse en el anexo B, incluyendo todas las grficas de la hlice elegida. La metodologa as como los resultados se ubicarn en ste punto (1.2) del proyecto.

1.3 Potencia DisponibleDesarrollar el tema conforme a la estructura indicada en el punto iii) de sta Gua.

Ecuaciones, tabulacin de resultados y grficas de PD vs V para altitudes indicadas en el punto 1.1.3 Estas curvas deben estar trazadas en una misma grfica para observar y comparar su comportamiento al variar la altitud.

Tabla nmero xx. Secuencia para calcular la Potencia Disponible.

EjemplosPOTENCIA DISPONIBLE

Figura xx. Variacin de la Potencia Disponible con respecto a la altitud

1.4 Sistema Planeador

1.4.1 Perfil del AlaElegir algn perfil del libro Abbott. El criterio de seleccin queda abierto pero no dispensado. Se evaluar la metodologa utilizada y los argumentos que justifiquen el perfil seleccionado.

1.4.2 CAM Desarrollar el tema conforme a la estructura indicada en el punto iii) de sta Gua.Incluir el clculo detallado, sin importar el mtodo utilizado. Se recomienda leer CAM o CGM en un AVIN? Origen, Realidad y Uso en la Prctica, documento proporcionado junto con esta Gua.

1.4.3 Alargamiento Incluir el clculo detallado, sin importar el mtodo utilizado.Desarrollar el tema conforme a la estructura indicada en el punto iii) de sta Gua.

1.4.4 Correccin por alargamiento Incluir el clculo de correccin de la pendiente de la polar de sustentacin del perfil del ala. Se recomienda utilizar el mtodo del libro Dommasch.

1.4.5 Polar de sustentacin del ala Trazo de la grfica y obtencin de la ecuacin en su zona til (cuasi recta),

1.4.6 Superficie hmeda del avin Estudiar el tema en el libro de Raymer en su libro, ver adendum en el Temario.Desarrollar el tema conforme a la estructura indicada en el punto iii) de sta Gua.

1.4.7 Arrastre parsitoDesarrollar el tema conforme a la estructura indicada en el punto iii) de sta Gua.Se propone aproximar su valor a travs del mtodo de friccin superficial equivalente que presenta Raymer en s...