Historia de Las Estructuras de Los Aviones

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD TICOMAN

“Análisis dinámico de una aleta i!e"sustentado"a i!e"sustentado "a de una semiala semimonoco#ue$

CARRERA% INGENIERIA AERONAUTICA

TRA&A'O PRESENT PRESEN TADO POR %

ROGELIO ESPINO PA(

ENERO 2015

The world’s largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.



Marco contextual. 1.1 Historia de las estructuras de los aviones 1.

La evolución de las estructuras en los aviones marca en general la historia de la aviación. Los avances en materiales y procesos utilizados en la construcción de aviones permitieron el desarrollo de sencillas estructuras de madera a las modernas maquinas que actualmente conocemos. Combinado con las continuas mejoras en las plantas motoras, las estructuras de estas “Maquinas voladoras” han cambiado signiicativamente. La llave para que las estructuras evolucionaran ue el hecho de que es posible generar levantamiento haciendo pasar lujo de aire sobre una supericie de un lado curvada y la otra plana o cóncava, dicha orma es conocida con ocida como peril. Las primeras m!quinas que ueron capaces volar son conocidas como planeadores, los planeadores se caracterizan por no poseer uente de poder que proporcione tracción o propulsión. "eor "eorge ge Cayle Cayley y esta establ bleci eció ó los los prin princi cipi pios os del vuelo vuelo,, cont contem empl pland ando o los los par! par!me metr tros os levantamiento, peso, empuje y arrastre. Cayley invento en #$%& el primer triplano que voló un hombre y tambi'n propuso un eiciente peril alar. ( inales de #$))*s +tto Lilienthal construyó construyó en base a los estudios estudios de Cayley sus propios propios planeadores planeadores y realizo realizo m!s de ))) vuelos. -us aeronaves de mimbre y tela tenan alas dise/adas a partir de un riguroso estudio de las aves. +ctave Chanute, un ingeniero de errocarriles y puentes retirado publico alrededor de #$0) un trabajo denominado “1rogreso en las maquinas voladoras” que consistió en recopilar toda la inormación que hasta ese momento se tena sobre la aviación, tambi'n introdujo la aplicación de cables como soporte para las alas. 2l traba trabajo jo de todos todos esto estoss hombr hombres es ue ue cono conoci cido do por los los herm hermano anoss 3r 3rig ight ht quie quienes nes desarrollar desarrollaron on el primer avión motorizado motorizado en #0)& “4lyer 5”, este este avión era un biplano biplano en coniguración canard cuyas alas delgadas y cubiertas por tela se unan a un uselaje con estructura de madera, las alas estaban soportadas por cables y columnas, tambi'n tenan largueros adelante y atr!s. 2n #0)0, 4renchman Louis 6leriot construyo el primer avión monoplano el cual tena un m!stil en el uselaje utilizado para soportar la respectiva semiala con cables. 2ste dise/o estruc estructur tural al del ala permit permitió ió que su longitud longitud uera mayor mayor y generar generaraa el levantami levantamient ento o necesario. 2l uselaje era una armadura tipo 1ratt.



2l desarrollo de motores cada vez m!s potentes provoco que las estructuras de los aviones cambia cambiaran ran para para tomar tomar ventaja ventaja de los benei beneicios cios.. ( princip principios ios de #0#) "erman "erman 7ugo 7ugo 8un9e 8un9ers rs cons constr truy uyo o el prim primer er avió avión n con con estr estruct uctur uraa y piel piel met! met!li lica ca,, y de una una sola sola ala ala eliminando el uso de cables, m!stiles m!stiles columnas etc. 1ara soportar el ala. 2n la 1rimera "uerra Mundial :335; los aviones se construyeron de metal y madera, generalmente biplanos, la supericie alar tena una gran curvatura que produca un gran levantamiento. 2n los )*s el uso de metal era m!s comich de made madera ra bals balsaa para para la arma armadu dura ra del del use usela laje je,, dura durant ntee este este perio periodo do se inic inicia iaro ron n investigaciones sobre el uso de la ibra de vidrio. =espu's de la -egunda "uerra Mundial, se desarrollaron los motores turborreactores, lo que permita volar m!s alto y m!s r!pido, haciendo necesario la presurización del avión, dando como resultado resultado construcción construcción de uselajes uselajes semimonocoque semimonocoque m!s uertes. uertes. -e presentó presentó el uso del aluminio logrando piel m!s delgada y resistente. =ebido a todos estos cambios la carga en las alas se incrementó y en respuesta se desarrollaron largueros mich con n
2l ala es una sucesión de periles que orman un elemento tridimensional, y que produce la mayor parte del levantamiento levantamiento en un avión. Las alas son dise/adas de dierentes ormas ormas y



superior de uselaje :(la alta;, en medio :(la media; o hasta la parte inerior :(la baja;. 1ueden tener una eBtensión a lo largo del plano horizontal o con un !ngulo hacia abajo o arriba conocido como !ngulo diedro.

5nde 5ndepen pendi dient entem ement entee de su tama tama/o /o y orm ormaa las las alas alas se compo componen nen de los los sigui siguien entes tes elementos estructurales • • • •

Largueros Costillas Devestimiento (tiesadores

Los largueros largueros son vigas en dirección dirección longitudinal longitudinal al ala y soportan soportan gran cantidad cantidad de carga por lo que deben se resistentes, eBisten distintas secciones de ese tipo de viga las m!s utilizadas son las de sección cuadrada, en 5, en C, miBtos, y ormados como armadura. Las costillas est!n situadas a intervalos apropiados a lo largo de la envergadura del ala y trasmiten cargas aerodin!mica desde la supericie del ala a los largueros, act
(l moment momento o de dise/a dise/arr estruc estructur turalm alment entee un ala se debe conside considerar rar las super superici icies es de control, control, es decir donde se sujetaran sujetaran y que cargas producir!n. producir!n. Las supericies supericies de control se



2n el ala se pueden encontrar los alerones como supericie de control primaria, los alerones producen el movimiento sobre el eje longitudinal del avión, tambi'n conocido como movimiento de alabeo, usualmente se colocan en la parte de la punta alar y se calculan como parte de toda la supericie alar, el control de este elemento es denominado lado a lado, lo que indica que si uno baja el otro alerón sube ampliicando el movimiento. 1.3 Aletas Hipersustentadoras (Flaps).

Las supericies de control secundarias en el ala est!n conormadas por laps. Los laps tambi'n conocidos como aletas hipersustentadoras son supericies auBiliares o articuladas del ala utilizada para reducir la velocidad en el aterrizaje y ganar sustentación en el despegue, los laps se colocan en el centro o cerca de la raz del ala dependiendo de su coniguración y la posición de los motores :+rdo/ez, #0?;. Los tipos de aletas hipersustentadoras m!s conocidos son • • •

(lerones de curvatura, sin o con eecto de ranura :plain laps y slotted laps;. (letas de intradós :-plit laps;. (letas 4o>ler :4o>ler laps;.

Las supericies de control :primarias y secundarias; se dise/an de materiales ligeros como aluminio y su orma estructural corresponde a la del ala en general, con un solo larguero o viga que sostiene costillas con aligeramiento y un revestimiento. 2n general las unciones unciones de las superici supericies es de control del avión se pueden englobar englobar en producir el movimiento de alabeo, reducir la velocidad y ganar sustentación el an!lisis estructural de estos elementos com
2n las alas de un avión se localizan elementos denominados supericies de control, estas supericies prov'n al avión de maniobrabilidad, actor sin el cual volar no tendra sentido. Eal Eal es la import importanc ancia ia de estas estas super superici icies es que si no est!n est!n bien bien dise/a dise/adas das pueden ser causantes causantes de accidentes, accidentes, por ejemplo ejemplo el ) de agosto de ))$ un avión de la lnea -panair -panair se estrelló en las inmediaciones de la pista debido seg


2n el ala as como en las supericies de control un actor importante a considerar en su dise/o son las vibraciones, si no se analizan din!micamente las estructuras, puede suceder lo que se vio en una ilmación del @ de noviembre de #0F), donde el puente de Eacoma Garro>s surió un colapso causado por las vibraciones inducidas por el viento enómeno conocido como lameo :lutter en ingl's;, (s entonces queda claro con este y muchos otros ejemplos que las vibraciones son un enómeno que presenta un actor crtico de an!lisis y estudio al momento de dise/ar una estructura estructura y no es la eBcepción del ala e hipersustent hipersustentadores adores,, es imperativo imperativo una prueba eBperimental as como analtica para veriicar v eriicar como aectan las vibraciones la estructura del ala y por ende, dado que el hipersustentador se sujeta a esta, como es aectado el lap tanto contrado como eBtendido

1.# $lantea!iento del prole!a

Las vibraciones ueron un verdadero dolor de cabeza hasta que se desarrolló el an!lisis din!m din!mic ico, o, sin sin embar embargo go hoy en da da sigue sigue sien siendo do comp compli licad cado o su estu estudi dio o debi debido do a su naturaleza inestable y sobre todo en la aviación especicamente en el ala de los aviones, por eso surge la necesidad de resolver la siguiente cuestión HCómo se ve aectada la aleta hipersustentadora :lap; de una semiala semimonocoque en vibración libre y cu!les son sus recuencias naturalesI

1.% &'etivo

=ise/ar y modelar una semiala semimonocoque con aleta hipersustentadora que mediante un an!lisis din!mico analtico y eBperimental se obtendr! las recuencias naturales y se observaran las aectaciones estructurales causadas por la vibración. 1. Hipótesis

-i se analiza din!micamente una semiala semimonocoque y se obtienen las recuencias naturales y sus aectaciones estructurales se puede redise/ar la misma de tal manera que mejore su rendimiento, su actor de seguridad e incluso que se reduzcan los costos de abricación.

Historia de Las Estructuras de Los Aviones

Recommend Documents