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