Disseny d'helicòpters i aeronaus diverses

ENGINYERIA AERONÀUTICA
DISSENY
D’HELICÒPTERS I
AERONAUS
DIVERSES
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30033 Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 27/06/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
1
Crèdits: 6 ( 4.5 teoria + 1.5 pràctiques)
Tipus: Troncal
Crèdits ECTS: 4,8
Coordinador: Daniel MIGUEL ALFARO
Altres Professors:
Departament: ETSEIAT
Presentació
Coneixements previs
L’assignatura de Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses requereix coneixements de
Matemàtiques, Física, Mecànica, Mecànica de Fluids, Aerodinàmica i la Mecànica del Vol, que els
estudiants han adquirit al llarg dels tres primers cursos de la carrera. També es recomana que els
alumnes dominin l’anglès tècnic, donat que es farà ús d’aquest idioma durant el curs.
Camps professionals
Els coneixements adquirits a la fi del curs seran una base sòlida per a la dedicació professional en els
camps del disseny, la fabricació, el manteniment i les operacions d’helicòpters així com altres
aeronaus d’ales giratòries.
Relació amb altres assignatures
El Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses és una assignatura íntimament lligada amb el Disseny
d’Avions (que s’imparteix també durant el primer semestre del quart curs) donat que, en conjunt,
proporcionen a l’alumne una visió completa sobre el disseny i càlcul de tot tipus d’aeronaus.
També és una peça clau i necessària per abordar un possible Projecte Fi de Carrera d’Helicòpters.
Objectius generals
L’assignatura de Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses està projectada amb l’objectiu de
desenvolupar en l’alumne les següents aptituds:
-
Conèixer i saber identificar els diferents elements i sistemes que componen una aeronau
d’ales giratòries (principalment l’helicòpter).
-
Comprendre els principis físics sobre els que es recolza la teoria del vol d’aeronaus d’ales
rotatòries.
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30033 Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 27/06/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
2
-
Dominar les teories esmentades per tal d’aplicar-les convenientment al Càlcul d’Actuacions i a
l’estudi de l’Estabilitat i el Control d’aeronaus d’ales giratòries.
-
Adquirir el coneixement que permeti dur a terme el disseny preliminar d’un helicòpter i saber
justificar les raons tècniques d’un determinat disseny.
Temari
Mòdul 1:
Conceptes Generals i Descripció dels Helicòpters
Tema 1.
Introducció als helicòpters i les aeronaus diverses
Tema 2.
Definició i descripció dels components d’un helicòpter
Mòdul 2
2.1.
Rotor
2.2.
Pales
2.3.
Transmissió
2.4.
Comandament
2.5.
Cèl·lula
2.6.
Motor
2.7.
Sistema hidràulic
2.8.
Sistema de combustible
2.9.
Sistema Elèctric
2.10.
Instruments, sistemes i equips auxiliars
Teoria d’Helicòpters
Tema 3.
Teoria de la quantitat de moviment. Vol axial
Tema 4.
Teoria de l’element de pala. Vol axial
Tema 5.
Combinació de les dues teories
Tema 6.
Rotors de velocitat induïda constant
Tema 7.
Teoria de la quantitat de moviment. Vol endavant
Tema 8.
Teoria de l’element de pala. Vol endavant
Tema 9.
Rotors coaxials i rotors en tàndem
Tema 10.
Equilibri de moments. Rotor antiparell
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30033 Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 27/06/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
Mòdul 3
Actuacions dels Helicòpters
Tema 11.
Mètode de l’energia
Tema 12.
Vol axial
12.1.
Vol en punt fix. Sostre
12.2.
Vol vertical. Velocitat d’ascens
Tema 13.
Vol horitzontal
13.1.
Velocitats màxima i mínima
13.2.
Velocitat de màxima autonomia
13.3.
Velocitat de màxim abast
Tema 14.
Efecte sòl
Tema 15.
Vol amb trajectòria inclinada
15.1.
Trajectòria ascendent. Velocitat d’ascens
15.2.
Trajectòria descendent. Velocitat de descens
Tema 16.
Vol en autorotació
16.1.
Autorotació vertical. Velocitat de descens
16.2.
Autorotació endavant. Velocitats característiques
16.3.
Alçada de seguretat
Tema 17.
Mòdul 4
3
Enlairament i aterratge. Alçada crítica
Dinàmica de pales i vibracions
Tema 18.
Dinàmica de les pales
18.1.
Rotor articulat
18.2.
Altres tipus de rotors: semirígid, flexible i balancejant
Tema 19.
Vibracions de les pales flexibles
Tema 20.
Vibracions de l’helicòpter. Propagació i esmorteïment de les vibracions. Problemes
de fatiga
Tema 21.
Soroll
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30033 Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 27/06/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
Mòdul 5
Estabilitat i Control dels Helicòpters
Tema 22.
Estabilitat i control. Plantejament general
Tema 23.
Equilibrat de l’helicòpter
Tema 24.
Estabilitat estàtica. Derivades d’estabilitat
Tema 25.
Estabilitat dinàmica
25.1.
Problema longitudinal
25.2.
Problema lateral
Tema 26.
Mòdul 6
4
Control i controlabilitat dels helicòpters
Disseny Preliminar d’Helicòpters i Normativa Aplicable
Tema 27.
Criteris de selecció i operacions d’helicòpters. Anàlisi de costos
Tema 28.
Disseny preliminar
Tema 29.
Normativa aplicable
Metodologia de treball
Per aconseguir els objectius que es proposa aquesta assignatura es combinaran sessions presencials
teòriques i de problemes.
Durant les sessions teòriques, el professorat exposarà els continguts que composen el temari de
l’assignatura mitjançant l’ajuda de transparències i fomentant l’actitud activa de l’alumne a través del
plantejament de qüestions sobre els diferents temes tractats. Com a complement a les sessions
teòriques, el professorat proporcionarà referències bibliogràfiques recomanables per a què l’alumne
pugui assolir adequadament els coneixements.
Les classes de problemes consistiran en sessions on el professorat de l’assignatura plantejarà una
sèrie d’exercicis pràctics relacionats amb la matèria impartida fins el moment i els alumnes, amb el
suport presencial del professorat, hauran de resoldre’ls de forma individual o en petits grups.
Sessions de teoria i problemes
n
Sessió presencial de teoria 1: 1 sessió de 2 hores setmanals de contingut fonamentalment teòric.
n
Sessió presencial de teoria 2: 1 sessió d’1 hora setmanal de contingut fonamentalment
descriptiu.
n
Sessió presencial de problemes: 1 sessió d’1 hora setmanal.
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30033 Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 27/06/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
5
Sessions pràctiques, laboratoris
En un principi no està previst realitzar cap Pràctica de Laboratori en aquesta assignatura.
Organització en mòduls i temps de dedicació de l’estudiant
Mòdul
Mòdul 1: Conceptes Generals i Descripció dels Helicòpters
Mòdul 2: Teoria d’Helicòpters
Mòdul 3: Actuacions dels Helicòpters
Mòdul 4: Dinàmica de pales i vibracions
Mòdul 5: Estabilitat i Control dels Helicòpters
Mòdul 6: Disseny Preliminar d’Helicòpters i Normativa Aplicable
Total
Temps de
classe
9 hores
13 hores
13 hores
13 hores
7 hores
5 hores
60 hores
Temps
d’estudi
9 hores
13 hores
13 hores
13 hores
7 hores
5 hores
60 hores
Temps
total
18 hores
26 hores
26 hores
26 hores
14 hores
10 hores
120 hores
Importància i dificultat dels mòduls
Amb l’estructura de mòduls dissenyada per impartir l’assignatura es pretén diferenciar aquells
continguts fonamentalment pràctics i descriptius i alhora dotats d’un menor grau de dificultat (Mòdul 1
i 6), d’aquells amb una component teòrica de gran importància i grau de dificultat elevat (Mòduls 2, 3,
4 i 5). D’aquesta manera es combina adequadament l’interès perquè l’alumne obtingui una noció clara
del concepte d’helicòpter amb la necessitat que domini la teoria i el càlcul.
La complexitat dels Mòduls 4 i 5 no permetrà aprofundir al màxim detall durant el curs, però donarà a
l’alumne el bagatge necessari per afrontar amb garanties -en el seu futur professional i/o en el
desenvolupament d’un Projecte Fi de Carrera d’Helicòpter- problemes relacionats amb les operacions
i el comandament d’helicòpters.
Finalment, el coneixement de la normativa aplicable a les aeronaus d’ales giratòries juntament amb
les nocions bàsiques per al disseny d’helicòpters (Mòdul 6) són fonamentals per a què l’alumne es
situï en un bon punt de partida per al seu desenvolupament professional en el món del disseny,
fabricació, manteniment i operacions d’aeronaus d’ales rotatòries.
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30033 Disseny d’Helicòpters i Aeronaus Diverses. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 27/06/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
6
Material
Bibliografia bàsica
Leishman, J. Gordon, Principles of Helicopter Aerodynamics, Cambridge University Press (2nd edition
July 2006).
Bramwell, A.R.S, Balmford, D. and Done, G., Bramwell’s Helicopter Dynamics, ButterworthHeinemann (2nd edition January 2001).
Padfield, Gareth D., Helicopter Flight Dynamics: the Theory and Application of Flying Qualities and
Simulation Modeling, AIAA Education Series (2nd edition 2007).
Bibliografia complementària
Stepniewski, W.Z and Keys, C.N., Rotary-Wing Aerodynamics, Dover Publications (1984).
Prouty, Raymond W., Helicpoter Performance, Stability and Control, Krieger (1990).
Watkinson, J., The Art of the Helicopter, Elsevier (2004).
Hollmann, Eric M., Modern Helicopter Design, M Hollmann (2001).
Lefort, P. and Hamann, J., L’hélicoptère, théorie et pratique, Editions CHIRON (9th edition 2000).
Avaluació
N f = 0.3Nep + 0.5Nef + 0.2Ntr
Nf : Nota final
Nep : Nota examen parcial
Nef : Nota examen final
Ntr : Nota treballs durant el curs