Tema1Introducción General

5/11/2018 Tema1Introducci n General - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tema1introduccion-general 1/54

Manuel Augusto Garces Ghilardi.MSc. Ing. Aeronáutica.

Universidad Tecnológica del Perú.

Curso 2011-2012

1

Mecanica del Vuelo ITema 1 – Introducción General del Entorno Aeroes acial



Clasificación General de los Vehículos Aeroespaciales.Clasificación General de los Sistemas de Propulsión.

Infraestructuras Terrestres.

Tráfico Aéreo.

Industria Aeronáutica.

2

Contenido



Clasificación General de los Vehículos Aeroespaciales. Aeronaves

Vehículos Espaciales

Vehículos Cohete

Clasificación General de los Sistemas de Propulsión. Infraestructuras Terrestres.

Tráfico Aéreo.

Industria Aeronáutica.

3

Índice



La clasificación de los vehículos aeroespaciales puedehacerse siguiendo distintos criterios. A continuación se dauna posible clasificación general.

Aeronaveso Aerostatos

o Aerodinos

Vehículos Espacialeso Satélites / Estaciones orbitales

o Sondas interplanetarias

o Módulos de descenso

Vehículos Coheteso Lanzadoreso Misiles

4

Clasificación General de los vehículos aeroes aciales



Aeronave que se sirve del principio de Arquímedes para volar. Constan

de un gran recipiente donde se almacena un gas ligero. La densidadtotal de la aeronave es menor que la del aire que lo rodea.Dos tipos:

Globos: no tienen ningún tipo de propulsor, se ”dejan llevar” por lascorrientes de aire, aunque sí hay algunos tipos que pueden controlar su

elevación.Dirigibles: aerostato con propulsión y capacidad de maniobra.

5

Aerostatos



Clasificación:Sin Motor

VelerosPlaneadores

Con Motor Aeronaves de ala fija Aeroplanos Anfibios

Hidroaviones

Aviones de baja velocidad

Aviones subsónicos

Aviones supersónicos

Aviones hipersónicos Aeronaves de ala rotatoria

Autogiro

Girodino

Helicópteros

Convertibles

Ornitóptero

Aerodinos Aeronaves m s densas que el fluido en el que se mueven. Consiguenla sustentación mediante el desarrollo de fuerzas fluidodinámicas

generadas en alas fijas o alas giratorias.

6



Un aeronave anfibia es aquella que puede aterrizar tanto entierra, hierba o en agua.

7

Aero lanos – Anfibios

Canadair CL-215

Beriev Be-200

PBY Catalina

Dornier Do X



Un hidroavión es un avión que lleva, en lugar de ruedas, uno o varios flotadores

para posarse sobre el agua. Esto le hace capaz de despegar desde y aterrizar en elagua (o amerizar).

8

Aero lanos - Hidroaviones

S ruce Goose DeHavilland

DeHavilland Sin le Otter Harbour

Kas ian Monster



9

Aero lanos – Hidroaviones Futuros

Boeing Phantom Works: Pelican ULTRA (Large Transport

Carga 1400 Tn

Alcance 16.000 km

Envergadura 152 m

Length 400 ft

US Aerocon



Aviones de baja velocidad en las que la propulsión suele ser mediante propulsores de

hélice:Primer vuelo de los hermanos Wright el 11 de diciembre de 1903

El vuelo de motor de baja velocidad se ha convertido en una actividad muyasequible al público en general

Avionetas

Paramotor

Ala delta con motor

Aviones de ba a velocidad

Cessna 182



En esta categoría se encuentra la gran mayoría de las aeronaves actuales.

Pueden alcanzar velocidades cercanas a la del sonido (Mach ~ 0.85)

Aviones Subsónicos

Messerschmitt Me 262

B 787

B 737

B 747

A 380



Com arativas del tamaño de los aviones

S ruce Goose

B 747

A 380 An-225

12



Aviones Su ersónicos

Un avión supersónico, es un avión capaz de pasar la

barrera del sonido..Es en 1947 cuando el piloto norteamericano Chuck Yeager rompe por primera vez la velocidad delsonido en su avión-cohete Bell X-1, demostrandoque es posible viajar más rápido que el sonido. Bell X-1

Tu-144

Concorde

SR-7113



Pueden alcanzar velocidades superiores a cinco veces la velocidad del sonido (~6120km/hr).Son conocidos como aviones cohete, ya que usan un cohete como propulsión, a veces juntocon un reactores. Su tiempo de funcionamiento es muy corto, típicamente sólo unos minutos. Antecedentes

X-15: Avión cohete de la década de los 70 que estableció varios récords de velocidad(Mach 8 ~7274 km/h) y de altura (107960m).X-43A Hyper – X 23 de marzo del 2004 supero velocidades de Mach 9.6 (11200 km/h)

X-15

Aviones Hi ersónicos - I

14



Aviones Hi ersónicos – II X-43A

15



Se clasificación en:

AutogiroGirodino

Helicóptero

Convertibles: Alas inclinadas (tilt-wing)Rotores inclinados (tilt-rotor)

AutogiroHelicóptero

16

Girodin

Convertible

Aeronaves de alas iratorias

Una aeronave de alas giratorias es un aerodino en el

que las fuerzas de sustentación se logran mediante eliro de alas o alas alrededor de un e e.



Dispone de dos sistemas de alas giratorias.

-Uno de ellos es accionado por un motor y proporciona el empuje necesario para vencer laresistencia al avance.-El otro sistema no consume potencia y proporciona sustentación mediante el proceso deautorrotación

Esta aeronave no tiene capacidad de realizar vuelo estacionario o a punto fijo.

La Cierva C.1917

Auto iro

Auro ro-ELA-07-Casarrubios



Dispone también de dos sistemas de alas giratorias. Ambos sistemas son

accionados mediante un motor.Uno de los sistemas es el principal responsable de generar la sustentación.El otro genera el empuje necesario.

Fairey Rotodyne

18

Girodino

l ó



Disponen de dos sistemas de alas giratorias y accionados por un motor.-El sistema principal (rotor principal) es el responsable de crear lasustentación y elempuje necesario para el vuelo.-El otro sistema de alas giratorias (rotor antipar) se encarga de proporcionarel par necesario para contrarrestar el par que crea el rotor principal.

Existen configuraciones especiales dónde no existe rotor antipar (NOTAR) odonde coexisten varios rotores principales.

Bell 206B Jet Ranger III

19

Helicó teros

NOTAR



Helicó teros – Confi uraciones de rotor rinci al

Monorrotores.Birrotores.

Entrelazados.

En tandem.Multirrotores.

A C tibl



Pueden generar la sustentación mediante alas giratorias o fijas, según la

configuración en la que se encuentren.-Durante el despegue las alas giratorias proporcionan el empuje en direcciónvertical, tracción, colocando las alas giratorias en un plano ligeramentehorizontal.-En el vuelo en crucero las alas giratorias se reorientan ocupando un plano ligeramentevertical y generando un empuje horizontal y una sustentación. La sustentación envuelo de crucero proviene del sistema de alas giratorias y de alas fijas.

Aeronaves Convertibles

V22 - Osprey

21

C tibl R t i li bl



Se dispone rotores inclinables montados en alas.

-Despegue y aterrizaje: rotores producen tracción vertical.

Convertible - Rotor inclinable

-Crucero: los rotores se inclinan para producir el empujenecesario.-Presentan considerables velocidades de avance (550 km/h).

-Dificultades aeroelásticas en el proceso de conversión.

-Incremento de peso y de complejidad mecánica. V22 - OspreyBell Eagle Eye

Bell XV-3

22

C tibl Al i li bl



Disponen de alas inclinables en las que se han montado hélices propulsoras Vuelo en avance: hélices proporcionan el empuje. Vuelo vertical: se inclina el ala para permitir que las hélices proporcionen sustentación.Dificultades asociadas a entrada en pérdida en el proceso de conversión que dificultan elpilotaje.Incremento de peso y de complejidad mecánica.El eje de rotación se encuentra sobre el cuerpo de la aeronave. Respecto los rotoresinclinables representa una simplificación que permite ahorrar peso y ganar sencillez.

Vertol 76 VZ-2

Convertible - Ala inclinable

Hiller X-18

Canadair CL-84

Ornitó tero



Presentan enormes complejidades mecánicas y estructurales, por loque se tienen rendimientos muy bajos.

Ornitó tero Aerodino que obtiene su fuerza sustentadora del movimiento batientede sus alas de forma análoga a como lo hacen las aves (de ahí sunombre) .

Phoenix24

Schmid 1942 Ornitho ter

Cui-CuiUTIAS Ornitho ter

Índice



Clasificación General de los Vehículos Aeroespaciales.

Aeronaves

Vehículos Espaciales

Vehículos Cohete

Clasificación General de los Sistemas de Propulsión.Infraestructuras Terrestres.

Tráfico Aéreo.

Industria Aeronáutica.25

Índice

Vehículos Es aciales



Satélites: telecomunicaciones, observación espacial, observación terrestre,

localización, …

Estaciones orbitales: Salyut, MIR, Skylab, ISS MIR

Sondas interplanetarias Módulos de descenso

Hubble

Soyuz

Vehículos Es aciales

ISS26

Vehículos Cohete Lanzadores I



Vehículos Cohete – Lanzadores ISaturn V S ace Shuttle Ares I Ares V

CZ-2F

Pe asus

27

Vehículos Cohete Lanzadores II



Transbordador EspacialBuran y lanzador Energía

28

Vehículos Cohete – Lanzadores II

Sa ace Shuttle I



Sa ace Shuttle - I

29

Sa ace Shuttle II



Sa ace Shuttle - II

30

Vehículos Cohete - Misiles



Un misil es un proyectil autopropulsado, que puede ser guiado hacia suobjetivo durante toda o parte de su trayectoria.

Misiles balísticos.Son misiles que se autopropulsan solo en la parte inicial de su trayectoria y que no usan suaerodinámica para variar su rumbo (porque su movimiento está gobernado por las leyes de labalística).

Misiles de cruceroEstos misiles se propulsan a lo largo de toda su trayectoria logran grandes distancias. Enesencia vuelan como los aviones, usando alas y alerones que les permiten maniobrar envuelo. El primer precursor de estos artefactos fue la bomba volante V-1.

Vehículos Cohete - Misiles

V-2 31

V-1

Tomahawk

Índice




Clasificación General de los Sistemas de Propulsión.

Propulsión por hélice.

Propulsión a chorro.

Propulsión mixta.Infraestructuras Terrestres.

Tráfico Aéreo.


Índice

Cl ifi ió G l d l i t d l ió



El sistema de propulsión de cada vehículo será el adecuado al régimen de vuelo y/o a la misión que debadesempeñar. Una clasificación general clásica, con fines meramente introductorios es la siguiente:

PROPULSIÓN POR HÉLICEMotor alternativo + HéliceTurboeje + Hélice

PROPULSIÓN MIXTA (hélice + chorro)TurbohélicesTurboeje

PROPULSIÓN POR CHORRO Aerorreactores

Turborreactores (con o sin postcombustor)Turbofanes (con o sin postcombustor)EstatorreactoresPulsorreactores

Motores coheteMC Químicos (propulsante líquido, propulsante sólido)MC Eléctricos (termoeléctricos, electrostáticos, electromagnéticos)

MC Nucleares (termonucleares)33

Clasificación General de los sistemas de ro ulsión

Turbohélice



Los gases de la turbina se emplean en su totalidad para mover en este caso una héliceque genera el empuje necesario para propulsar la aeronave.

Presentan una gran mayor eficiencia aunque no permiten alcanzar velocidades muyelevadas por lo que su uso se limita a pequeñas aeronaves o aviones de tipo regionalque no han de cubrir grandes distancias.También se utilizan en aviones de carga y transporte militares como el Lockheed C-130'Hercules' o el nuevo Airbus A400M

34

Turbohélice

Turboe e



Un motor turboeje (en inglés: turboshaft) es un motor de turbina de gas que entregasu potencia a través de un eje.

Es similar al motor turbohélice pero, a diferencia de éste, no mueve directamente unahélice, sino un eje motor independiente.

Normalmente se utiliza como motor de aviación para propulsar helicópteros.Más compacto y ligero que un turbohélice

Aeronaves y Vehículos Espaciales 35

Turboe e

Turborreactor



El turborreactor (turbojet),es un tipo de turbina de gas, que a diferencia de los motores deciclo alternativo que tienen un funcionamiento discontinuo (explosiones), tiene unfuncionamiento continuo. Consta de las mismas fases que un motor alternativo: admisión,compresión, expansión y escape.

Los gases generados por la turbina de gas, al ser expulsados, aportan la mayor parte delempuje del motor.

Los turborreactores fueron los primeros motores a reacción empleados en la aviacióncomercial. Sin embargo hoy en día se encuentran en desuso por su elevada sonoridad ybajo rendimiento de combustible y solo se hallan en aviones antiguos y de tipo militar.

Turborreactor

36

Turbofán



Los motores de aviación tipo turbofan, son la nueva generación de motores a reacción quereemplazó a los motores turbojet.

Se caracterizan por tener un ventilador (fan) en la parte frontal del motor desde el cual el airese divide en dos tipos: Aire de bypass y aire primario.

Este tipo de motores tiene las ventajas de consumir menos combustible lo cual resulta máseconómico para el operador, tienen menos emisiones de gases nocivos y reducen lacontaminación sonora.

Turbofán



A. Low ressure s oolB. Hi h ressure s ool

C. Stationar com onents1. Nacelle2. Fan3. Low ressure com ressor4. Hi h ressure com ressor5. Combustion chamber6. Hi h ressure turbine7. Low pressure turbine8. Core nozzle9. Fan nozzle

38

Pulsoreactores



-Son motores de combustión discontinua (similares a los de automoción)-Los primeros diseños tenían un juego de válvulas que regulaba la entrada de aire a

la cámara de combustión. Presentaban poca fiabilidad por la fatiga de lasválvulas (ejemplo, motor V1)-Posteriormente se desarrollaron pulsorreactores sin válvulas. Poseen vidas útilessuperiores a la mayoría de los demás motores de aviación.

Pulsoreactores

39

Estatorreactor



Un estatorreactor es una especie de motor a reacción que carece de

compresores y turbinas, pues la compresión se efectúa debido a la altavelocidad a la que ha de funcionar. El aire ya comprimido, se somete aun proceso de combustión en la cámara de combustión y unaexpansión en la tobera de escape. El régimen de trabajo de este motores continuo.

40

Estatorreactor

ScramJet



-Scramjet (supersonic combustion ramjet) es una variación del estatorreactor(ramjet) con la gran diferenciaque la entrada del flujo en el combustor es supersónica.

-En velocidades elevadas es necesario el hacer la combustión de forma supersónica para maximizar la eficienciadel proceso de combustión-Se preveee que con los scramjets podamos volar a velocidades entre Mach 12 y Mach 24 (orbitalvelocity).

41

ScramJet

Motores Cohete - I



Ti os de CohetesQuímicosEléctricos

42

Motores Cohete - II



DesventajasEs el motor que más combustible consume

Es el motor que más ruido produce, ya que es el único que su escape es supersónico En los motoresde propulsante sólido, una vez comenzada la reacción esta no se puede detener

43

Ventajas de los motores de coheteEs el motor más potente en relación a su pesoNo tiene partes móviles lo que lo hacen muy resistente

No requiere lubricación ni enfriamientoEs el motor más fiable en cuanto a fallos mecánicosSu reacción es instantáneaNo pierde potencia con el uso y siempre es la misma aún después demúltiples usos No utiliza oxígeno atmosférico por lo que la altitud noafecta su potencia

Cohetes uímicos lí uidos

Motores Cohetes



Cohetes uímicos sólidos

44

Índice






Tráfico Aéreo.


Infraestructuras terrestres.



Las aeronaves requieren para su operación de unas infraestructuras terrestres.Los elementos más relevantes se resumen a continuación en función del tipo de

vehículo. AERONAVES Aeropuertos (transporte aéreo) / Aeródromos (finesrestringidos) Ayudas a la navegación aéreaCentros de inspección y mantenimiento

VEHÍCULOS ESPACIALESBases de lanzamientoCentros de controlEstaciones de seguimiento

Space Shuttle Mission Control Center

46

Kennedy Space Center

Madrid Deep Space

Índice






Tráfico Aéreo.

Industria Aeronáutica. Aeronaves y Vehículos Espaciales 47

Tráfico Aéreo.



La utilización del sistema Espacio Aéreo / Aeropuertos requiere de una ordenación

que es proporcionada por los sistemas de GESTIÓN DEL TRÁFICO AÉREO, queatienden principalmente a las siguientes áreas:Control del tráfico aéreo

Operaciones: capacidad aérea, retrasos, tiempos de vuelo

Seguridad de vuelo


Índice






Tráfico Aéreo.

Industria Aeronáutica.Diseño y Desarrollo Aeronáuticos.

Ensayos Aeronáuticos. Aeronaves y Vehículos Espaciales 49

Industria Aeronáutica - I



DISEÑO Y DESARROLLO AERONÁUTICOS: El diseño y desarrollo de una aeronave es una actividadmultidisciplinar. A grandes rasgos las disciplinas involucradas son las siguientes:

Física del vuelo

PropulsiónEstructuras

Aviónica

Producción

La belleza está en los o os a través de los ue la observan “Dream air lanes” – C. W. Miller

Aeronaves Vehículos Es aciales

Sistemas de avión

Industria Aeronáutica - II



ENSAYOS AERONÁUTICOS: Un aspecto fundamental del diseño y desarrollo de unaaeronave es la necesidad de llevar a cabo ensayos experimentales, lo cual requierede una infraestructura adecuada. Los tipos de ensayos más relevantes se indican acontinuación.

CFD –

Com

pu

Ensayo

s en túneles aerodinámicos

luid d namicste

Ensa os estructuralesEnsa os en vuelo




Industria Aeronáutica - II



PRODUCCIÓN

FabricaciónMontaje

Certificación

MANTENIMIENTO

Planta de Ensamblaje Final A400M Sevilla

52

Biblio rafía



[And00] J.D. Anderson. Introduction to flight. McGraw Hill, 2000.

[Riv07] Damián Rivas. Aeronaves y Vehículos Espaciales, Febrero de 2008.Helicópteros, Oscar López García, Teoría y Prácticas, Curso 2006-2007Wikipedia, http://es.wikipedia.orgThe Boeing Company, http://www.boeing.com

Airbus, http://www.airbus.comNASA, http://www.nasa.govScaled Composites , http://www.scaled.comLockheed Martin, http://www.lockheedmartin.comNorthrop Grumman, http://www.northropgrumman.comEnciclopedia Británica, www.britannica.com

53

Documents

Tema1Introducción General