INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingenie
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería Aeronáutica ASIGNATURA: Aeroelasticidad
SEMESTRE: Séptimo
OBJETIVO GENERAL: El alumno resolverá problemas típicos relacionados con los fenómenos dinámicos y modales que ocurren en la estructura de una aeronave, empleando la teoría aeroelástica y auxiliándose con métodos numéricos computacionales, métodos experimentales y prototipos.
CONTENIDO SINTÉTICO: I. II. III. IV.
Fundamentos de la Aeroelasticidad Dinámica Estructural Aeroelasticidad Estática Aeroelasticidad Dinámica
METODOLOGÍA: Búsqueda bibliográfica de temas básicos. Trabajos de simulación con el uso de software de análisis por elemento finito. Desarrollo de las herramientas necesarias para resolver los problemas tipo y cuestionarios extraclase. Uso de la metodología del aprendizaje grupal mediante trabajos por equipo. Realización de prácticas de laboratorio. Desarrollo de modelos tridimensionales de partes de aeronaves. Construcción de prototipos para pruebas de túnel de viento y análisis de modos de vibración.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes departamentales (calificación teórica 70%) Entrega de reportes de las prácticas de laboratorio (15%). Solución de problemas, entrega de tareas y trabajos, presentación de modelos tridimensionales y participaciones en clase (15%).
BIBLIOGRAFÍA: Bisplinghoff, R. L.; Ashley, H.; Halfman, R. L. Aeroelasticity. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. USA, 1957, 860 pp Bisplinghoff, R. L.; Ashley, H. Principles of Aeroelasticity, Dover, USA, 1962. 527 pp Craig, Roy R. Jr. Structural Dynamics, an Introduction to Computer Methods. John Wiley and Sons, USA, 1981, 527 pp Hodges, Dewey H.; Pierce, G. Alvin. Introduction to Structural Dynamics and Aeroelasticity, Cambridge University Press, UK, 2002. 170 pp
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Ticoman. CARRERA: Ingeniería Aeronáutica. OPCIÓN: Diseño y Construcción. COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería Aeronáutica.
ASIGNATURA: Aeroelasticidad SEMESTRE: Séptimo CLAVE: CRÉDITOS: 10.5 VIGENTE: 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-práctica/Optativa MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HORAS/SEMANA/TEORÍA:
4.5
HORAS/SEMANA/PRÁCTICA:
1.5
HORAS/SEMESTRE/TEORÍA:
81.0
HORAS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27.0
HORAS/TOTALES:
108.0
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Estructuras. REVISADO POR: Subdirección Académica. APROBADO POR: H. Consejo Técnico Consultivo Escolar. Ing. Miguel Álvarez Montalvo.
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas de Estudio del H. Consejo General Consultivo del IPN.
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ASIGNATURA: Aeroelasticidad
CLAVE:
HOJA: 2 DE 8
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA Una estructura elástica que está sometida a cargas del aire, sufre deformaciones que pueden llegar a variar la intensidad de la carga, aunado a que la propia carga puede variar por si sola con respecto al tiempo, entonces se pueden llegar a producir fenómenos peligrosos tanto para la estructura principal como secundaria de la aeronave, tal que la pueden llevar al colapso. Las estructuras aeronáuticas como las alas y los empenajes, están expuestos a estos fenómenos, cuyo estudio teórico experimental es de gran importancia para el diseño de aeronaves. Es por lo anterior que esta asignatura es primordial para la formación del Ingeniero en Aeronáutica, ya que le permite resolver problemas relacionados con el comportamiento de la estructura de una aeronave, obteniendo un diseño que sea eficiente y seguro. Las áreas principales que forman la teoría de la aeroelasticidad son la interacción entre: Elasticidad y Dinámica (Dinámica Estructural), Aerodinámica y Elasticidad (Aeroelasticidad Estática), Elasticidad, Dinámica y Aerodinámica (Aeroelasticidad Dinámica). Los avances computacionales han creado una herramienta de gran utilidad para comprender los fenómenos aeroelásticos. Asignaturas antecedentes: Flexión, Análisis Matricial de Estructuras, Estructuras de Pared Delgada y Aerodinámica. Asignaturas colaterales: Dinámica Estructural. Asignaturas consecuentes: Construcciones Aeronáuticas.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno resolverá problemas típicos relacionados con los fenómenos dinámicos y modales que ocurren en la estructura de una aeronave, empleando la teoría aeroelástica y auxiliándose con métodos numéricos computacionales, métodos experimentales y prototipos.
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ASIGNATURA: Aeroelasticidad No. UNIDAD: I
CLAVE:
HOJA: 3 DE 8
NOMBRE: Fundamentos de la Aeroelasticidad
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los fundamentos de la teoría estructural y aerodinámica para la solución de problemas típicos de la teoría aeroelástica en elementos estructurales de aeronaves.
HORAS
No. TEMA
1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
TEMAS
T
P
EC
Introducción a la teoría aeroelástica Triángulo de fuerzas Velocidades críticas Ecuaciones de Lagrange
4.5
4.0
1.2
Deformaciones estructurales
4.5
1.3
Aerodinámica elemental
3.0
2.0
1.4
Alas y perfiles en movimiento estacionario
6.0
2.0
1C, 2B, 4B, 5C, 6B, 8C
Subtotal
18.0
1.5
1.5
2.0
10.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Revisión de la teoría aerodinámica y estructural. Consulta de bibliografía y exposición de temas consultados por parte de alumno, coordinados por el profesor. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Resolución de problemas en clase y extraclase, por parte de los alumnos. Exposición del tema por parte del docente, uso de pizarrón y apoyo con equipo de cómputo . PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El primer examen departamental incluye las unidades I y II, 70% Se tomará en cuenta la solución de problemas, participación en actividades individuales y por equipo con un valor del 15% de la calificación. Entrega de reporte de prácticas de laboratorio, 15% En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% del contenido de la práctica programada.
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ASIGNATURA: Aeroelasticidad No. UNIDAD: II
CLAVE:
HOJA: 4 DE 8
NOMBRE: Dinámica Estructural
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno empleará las técnicas de la dinámica estructural para resolver problemas típicos de vibraciones.
HORAS
No. TEMA
TEMAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
Respuesta dinámica de sistemas varios grados de libertad.
4.5
1.5
2.0
2.2
Equilibrio dinámico de una viga giratoria esbelta
3.0
4.0
2.3
Dinámica torsional de una viga uniforme
4.5
2.0
2.4
Dinámica flexionante de una viga uniforme
3.0
2.5
Evaluación numérica de modos y frecuencias de vibración
3.0
Subtotal
18.0
2.1
2B, 4B, 6B, 7C, 9C
4.5
2.0 4.0
6.0
14.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Evaluación de modos propios y frecuencias naturales de un elemento estructural. Búsqueda de bibliografía por parte de los alumnos, discusión en clase con la coordinación del profesor. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Resolución de problemas en clase y extraclase, por parte de los alumnos. El profesor se auxilia de pizarrón, acetatos, problemarios y equipo de cómputo.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El primer examen departamental incluye las unidades I y II, 70% Se tomará en cuenta la solución de problemas, participación en actividades individuales y por equipo con un valor del 15% de la calificación. Entrega de reporte de prácticas de laboratorio, 15% En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% del contenido de la práctica programada.
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ASIGNATURA: Aeroelasticidad No. UNIDAD: III
CLAVE:
HOJA: 5 DE 8
NOMBRE: Aeroelasticidad Estática
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno resolverá problemas que involucran los fenómenos aeroelásticos estáticos que afectan al diseño de una aeronave, empleando la teoría aeroelástica. Elaborará modelos tridimensionales para que a través de pruebas en el túnel de viento, se analice la distribución de cargas aerodinámicas y las deformaciones que ellas generan para diferentes condiciones de flujo.
HORAS
No. TEMA
TEMAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
3.0
6.0
3.1
Fenómeno de la divergencia
7.5
3.2
Inefectividad e inversión del control
4.5
3.3
Distribución de la carga alar
4.5
3.4
Efectos del flechado
4.5
Subtotal
21.0
2B, 3B, 5C, 6B, 8C
2.0 4.5
2.0 2.0
7.5
12.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Utilización de programas de cómputo que permiten modelar y visualizar el flujo de fluidos. Resolución de problemas, por parte de los alumnos. Desarrollo de prácticas de laboratorio. Elaboración de modelos tridimensionales y maquetas construidas por el alumno bajo la recomendación y orientación del docente para ser probadas en túnel de viento, verificando los efectos de la distribución de cargas mediante la modificación de parámetros.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El segundo examen departamental abarcará la unidad III, 70% Se tomará en cuenta la solución de problemas, presentación de modelos tridimensionales y participaciones en clase con un valor del 15% Entrega de reporte de prácticas de laboratorio, 15% En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% del contenido de la práctica programada.
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ASIGNATURA: Aeroelasticidad No. UNIDAD: IV
CLAVE:
HOJA: 6 DE 8
NOMBRE: Aeroelasticidad Dinámica
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará la teoría aeroelástica dinámica para resolver problemas típicos del fenómeno del flameo (flutter), apoyado por métodos numéricos computacionales.
HORAS
No. TEMA
TEMAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
4.5
4.0
4.1
El fenómeno del flameo (flutter)
6.0
4.2
La sección típica
6.0
4.3
Soluciones de ingeniería para el flameo
3.0
4.4
Aerodinámica no-estacionaria
4.5
4.0
4.5
Predicción del flameo vía modos asumidos
4.5
6.0
Subtotal
24.0
2B, 3B, 5C, 6B
2.0 7.5
12.0
4.0
20.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Elaboración de modelos aerodinámicos bajo la recomendación y orientación del docente. Resolución de problemas, por parte de los alumnos. Desarrollo de prácticas de laboratorio. El profesor expone y explica los conceptos, ejemplifica mediante modelos que le apoyan para la resolución de problemas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El tercer examen departamental abarcará la unidad IV, 70%. Solución de problemas, la presentación de modelos, trabajo extraclase y participaciones en clase, 15% Entrega de prácticas de laboratorio, 15% En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% del contenido de la práctica programada.
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ASIGNATURA: Aeroelasticidad
CLAVE:
HOJA: 7 DE 8
RELACION DE PRÁCTICAS PRACT. No.
1
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
Deformación de una viga.
UNIDAD
DURACIÓN(hr)
I
1.5
2
Análisis de vibraciones de una viga en cantiliver.
II
1.5
3
Análisis modal semimonocoque.
II
4.5
4
Análisis aeroelástico estático.
III
4.5
5
Análisis aeroelástico dinámico.
IV
4.5
6
Prueba aeroelástica estática.
III
3.0
7
Vibración de una placa y efectos de las propiedades elásticas.
IV
3.0
8
Fenómeno del flameo en un ala.
IV
4.5
de
un
ala
Subtotal
27.0
LUGAR DE REALIZACIÓN
Las prácticas 1 y 2 se realizarán en el Laboratorio de Análisis Experimental de Esfuerzos
Las prácticas 3, 4 y 5 se realizarán en el Laboratorio de Diseño Asistido por Computadora
Las prácticas 6, 7 y 8 se realizarán en el Laboratorio de Aerodinámica
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ASIGNATURA: Aeroelasticidad PERÍODO UNIDAD
CLAVE:
HOJA: 8 DE 8
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
1
I, II
Examen, 70%; participación y solución de problemas, 15%; prácticas de laboratorio, 15%.
2
III
Examen, 70%; participación, solución de problemas y elaboración de modelos tridimensionales, 15%; prácticas de laboratorio, 15%.
3
IV
Examen, 70%; participación, solución de problemas y elaboración de modelos tridimensionales, 15%; prácticas de laboratorio, 15%. En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.
CLAVE
B
1
C
BIBLIOGRAFÍA
X
Anderson, John D. Jr. Fundamentals of Aerodynamics, Mc Graw-Hill, USA, 1985, 563 pp
2
X
Bisplinghoff, R. L. H.; Halfman, Ashley, R. L. Aeroelasticity, Addison-Wesley Publishing Company, Inc. USA, 1957, 860 pp.
3
X
Bisplinghoff, R. L.; Ashley H. Principles of Aeroelasticity, Dover. USA, 1962, 527 pp
4
X
Craig, Roy R. Jr. Structural Dynamics, an Introduction to Computer Methods. John Wiley and Sons, USA, 1981, 527 pp
5
6
X
X
Fung, Y. C. An Introduction to The Theory of Aeroelasticity, John Wiley and Sons, Inc. USA. 1955, 490 pp Hodges, Dewey H.; Pierce, G. Alvin. Introduction to Structural Dynamics and Aeroelasticity. Cambridge University Press, UK, 2002, 170 pp
7
X
Matías Domínguez, A. I. Análisis Estructural I, I.P.N., México, D.F., 1997, 241 pp
8
X
Megson, T.H.G. Aircraft Structures for Engineering Students, Arnold, Great Britain, 1999, 590 pp
9
X
Singiresu, S. Rao. Mechanical Vibrations. Prentice-Hall, USA, 2004, 1078 pp
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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Ticoman CARRERA: ÁREA:
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
SEMESTRE:
Ingeniería Aeronáutica D. INGENIERÍA
Séptimo
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA: Aeroelasticidad
Estructuras
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Ingeniero Aeronáutico o Ingeniero Mecánico, preferentemente con postgrado en Ingeniería.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno resolverá problemas típicos relacionados con los fenómenos dinámicos y modales que ocurren en la estructura de una aeronave, empleando la teoría aeroelástica y auxiliándose con métodos numéricos computacionales, métodos experimentales y prototipos. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Estudios de maestría en alguna rama de la ingeniería del área físico matemáticas. y/ o amplia experiencia en la docencia en el área de estructuras y/o aerodinámica y con conocimientos de la teoría aeroelástica.
EXPERIENCIA PROFESIONAL Experiencia laboral en la industria aeronáutica y/o de preferencia dos años en la enseñanza superior o haber cursado diplomado en docencia en la enseñanza superior.
HABILIDADES Manejo de grupos. Manejo de laboratorio.
equipo
ACTITUDES Deseos de superación en el ámbito académico, interés por de el trabajo de investigación.
Crítica fundamentada. Manejo de hardware y software, transferencia de Respeto. conocimiento teórico a la solución de problemas. Tolerancia. Uso de material didáctico. Capacidad de ante el grupo.
Compromiso con la docencia.
liderazgo Responsabilidad científica. Vocación al servicio. Compromiso social.
ELABORÓ
_________________________ Ing. Alejandro Mejía Carmona Presidente de la Academia
REVISÓ
_________________________ M. en C. Alfredo Arias Montaño Subdirector Académico
AUTORIZÓ
_______________________ Ing. Miguel Álvarez Montalvo Director FECHA:
Mayo 2006