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CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL PROYECTO INTEGRADOR TEMA:

ELABORACION DE UN HELICOPTERO MOSQUITO

NIVEL: QUINTO DOCENTES:

AUTORES:

Ing. Patricio Sánchez Ing. Pedro Muzo Ing. Fernando Sáa Ing. Víctor Moreno Ing. Leonardo Sánchez

Marcelo Pazmiño Christian Illanes

PERÍODO ACADÉMICO:

“B17”

Octubre 2017-Febrero 2018 AMBATO- ECUADOR

AVANCE PROYECTO INTEGRADOR I. DATOS GENERALES 1.1 Competencias específicas a la que tributa la asignatura: 1.1.1 Tiempos y Movimientos

Sistematiza los movimientos de trabajo para controlarlos con valores preestablecidos de tiempo, de acuerdo a normativa internacional, con criterios de responsabilidad.

1.1.2 Resistencias de materiales

Genera técnicas de resolución de ejercicios del comportamiento elásticos de materiales metálicos sometidos a cargas estáticas externas, orientando al diseño de partes utilizando las leyes de resistencias de materiales ética profesional.

1.1.3 Procesos de Manufactura

1.1.4 Control Industrial

1.1.5 Seguridad e Higiene Industrial

1.2 Problema profesional que pretende solucionar: 1.2.1 Tiempos y movimientos

¿Cómo sistematizar los movimientos de trabajo para controlarlos con valores preestablecidos de tiempo, de acuerdo a normativa internacional y con criterios de responsabilidad?

1.2.2 Resistencias de materiales

¿Cómo encontrar métodos de resolución del comportamiento mecánico y aplicado al dimensionamiento de las estructuras para la ingeniería industrial utilizando correctamente las normativas existentes?

1.2.3 Procesos de Manufactura 1.2.4 Control Industrial 1.2.5 Seguridad e Higiene Industrial

2.1 OBJETIVOS 2.1.1 Objetivo general: Contrastar toda la información acerca del ensamble y funcionamiento de un helicóptero ultraligero.

2.1.2 Objetivos específicos: 

Identificar las materiales para la construcción de un helicóptero tipo mosquito.



Escrudiñar la información trascendental para el estudio del comportamiento del sistema de estabilización y control.



Analizar los tipos de materiales y motores que serían más eficientes para el funcionamiento del helicóptero.



Diseñar los planos del helicóptero.

2.2 INTRODUCCIÓN Este proyecto se basa sobre uno de los avances tecnológicos utilizados por muchos en la historia y es una alternativa de transporte que se ha ido innovando al pasar de los años.

El helicóptero ultraligero es una aeronave de desarrollo tecnológico contemporáneo que permite a los aficionados, empresas, profesionales y futuros pilotos acceder al uso, servicio y formación en un tipo de aeronave que, por su complejidad tanto de diseño como de fabricación y solicitaciones de esfuerzos y fatiga en vuelo, necesita de elevadas inversiones. (Medero Luna, 2013)

La mayoría de los entusiastas de los ultraligeros construyen sus aeroplanos por ellos mismos. Hacen el uso de kits o trabajan “desde cero”. Los aeroplanos ultraligeros resultantes son conocidos como aviones experimentales o caseros. Aunque hacer esto requiere una gran cantidad de trabajo y esfuerzo, no es necesario tener conocimiento altamente aeronáutico. Estos entusiastas son gente corriente, con un fuerte deseo de conseguir su sueño de volar.

Estos helicópteros son por defecto vehículos mucho más complicados que los aeroplanos. Pero la industria de construcción experimental o casera tomó nota de ello y ha creado numerosos modelos simplificados.

En el presente proyecto se utilizaran los conocimientos en resistencia de materiales, seguridad e higiene industrial, control industrial, procesos de manufactura, tiempos y movimientos e inglés para la elaboración estructural, control y el funcionamiento del helicóptero ultraligero.

2.3 CATEGORÍAS FUNDAMENTALES

2.3.1 Materiales factibles para la fabricación de la estructura de un helicóptero y las hélices

En el sector aeronáutico se implementan y utilizan una amplia gama de materiales, que deben cumplir con algunos requisitos de uso y confiabilidad, considerando estos parámetros como unos de los principales criterios de selección. (Gonzáles et al, 2004).

Los materiales que cumplen con los requisitos de la industria aeronáutica conforman un grupo muy amplio. Sin embargo, para el desarrollo del presente trabajo, solo se considerarán las aleaciones de aluminio y acero debido a su facilidad de maquinado. Al ser un problema de diseño, es necesario partir de cero; tomando como referencia la geometría de un helicóptero ligero Bell 47, como se muestra en la figura 1.

Figura 1: Helicóptero Bell 47

Fuente: http://drawingdatabase.com/bell-47g/

Se diseñará una estructura capaz de soportar las cargas producidas por el peso del motor, el de los equipos que se instalaran y el peso del piloto, y cuyas dimensiones serán determinadas en base a los planos del helicóptero que se realizó con el tamaño suficiente para el maniobraje del piloto y la premisa de ligereza de la aeronave.

La estructura interna de la aeronave será diseñada de forma tubular, reduciendo el peso del aparato en la mayor medida posible. Sin embargo el puro de cola del helicóptero vendrá condicionado por el diseño de la elección del rotor principal y sistema antipar

.

(García, 2002)

Resistencia de los materiales: Los conocimientos de resistencia de materiales son indispensables a la hora de diseñar y calcular la estructura interna y el fuselaje de un helicóptero. Tanto la estructura interna como el fuselaje están sometidos a esfuerzos de tracción, sustentación, resistencia, peso. (Flores Trejo & Sanchez Valtierra, 2012)

Fuerzas que actúan un helicóptero.- Las fuerzas que actúan en un helicóptero son las siguientes: sustentación, el peso, la tracción y la resistencia. En la Figura 2 se puede observar donde actúan cada una de las fuerzas.

Figura 2 Fuerzas que actúan sobre un helicóptero

Fuente: http://www.pasionporvolar.com/helicopteros-como-funciona-e-historia/

 Sustentación:

Fuerza producida por las palas. Actúa verticalmente hacia arriba,

oponiéndose a la Ley de gravedad. Esta fuerza es aplicada sobre el centro de presión. La sustentación se ve afectada por diversos factores como se puede observar en la Figura 3 o variables tales como: la superficie de la pala, diseño del perfil, ángulo de ataque, la velocidad y densidad de la masa de aire. (Scarpin, 2006)

Como se puede observar en la Figura 3 al aumento de la velocidad, debe existir una disminución de presión; al existir menos presión en V3 que V2 se puede crear el efecto de sustentación.

Figura 3 Sustentación en la Pala

Fuente: http://www.edmkpollensa.com/es/por-que-vuela-una-helicoptero/

Material para la pala: Para seleccionar el material para las palas, conocida la fuerza de sustentación, se deberá encontrar un tipo de aluminio que sea ligero, que posea una resistencia a la fatiga y sea rígido. Las dimensiones de las palas nos basaremos en las del helicóptero modelo Bell 47, las palas tinene 

Peso: El peso es la fuerza de atracción gravitatoria sobre un cuerpo, siendo su dirección perpendicular a la superficie de la tierra, su sentido hacia abajo, y su intensidad proporcional a la masa de dicho cuerpo. Esta fuerza es la que atrae al helicóptero hacia la tierra y ha de ser contrarrestada por la fuerza de sustentación para mantener al avión en el aire. (Raffo, 2007)

Para realizar el cálculo del peso del Helicóptero mosquito se deberá conocer la masa total, la misma que será multiplicada por la gravedad. La masa aproximada de un helicóptero mosquito no tripulado es de 136 kg. La masa máxima de una persona que soporta un helicóptero mosquito es de 120 kg. 𝒑= 𝒎∗𝒈 𝑝 = (136𝑘𝑔 + 120𝑘𝑔) ∗ 9.8 𝑝 = 256 𝑘𝑔 ∗ 9.8 𝒑 = 𝟐𝟓𝟎𝟖. 𝟖 𝑵 

Resistencia:

La Resistencia es la fuerza que se opone al movimiento del helicóptero en el aire. La resistencia total que se opone al movimiento de una aeronave es la suma de: La resistencia del perfil, la resistencia inducida

y la resistencia parásita.

(Martínez Santín, 2009)

La resistencia total es primariamente función de la velocidad. La velocidad que teóricamente produce la resistencia total más baja determina la velocidad de mejor rango de ascenso, el mínimo rango de descenso para la autorotación y la máxima velocidad de mejor autonomía. (Martínez Santín, 2009) La figura nos muestra un cuadro de las diferentes resistencias en función de la velocidad.

Figura 4 Diagrama Resistencia-Velocidad

Fuente: http://blade1.uniquindio.edu.co/uniquindio/ntic/trabajos/4/c4g2helimodelismo/subp aginas/aerodinamica/fuerza.htm

La resistencia al avance es la provocada por el perfil con su fricción con el aire. Esta no cambia significativamente con la variación del ángulo de ataque, pero se incrementa moderadamente con el aumento de la velocidad. (Fernández Gómez, 2010) La resistencia inducida es la resistencia producida como resultado de la producción de sustentación. Altos ángulos de ataque, que producen más sustentación, producen alta resistencia inducida. En las alas rotativas, al aumentar la velocidad de translación del helicóptero, la resistencia inducida disminuye. La resistencia inducida es una de las fuerzas aerodinámicas opuestas a la sustentación. (Fernández Gómez, 2010) La resistencia parásita es la producida por todos aquellos componentes no generadores de sustentación. (Fernández Gómez, 2010) La curva "A" en el diagrama se muestra la resistencia parásita, que es muy baja a bajas velocidades y aumenta con la velocidad. (Fernández Gómez, 2010)

La curva "B" se muestra la resistencia inducida que decrece con la velocidad. En estacionario esta resistencia es muy alta.

(Fernández Gómez, 2010)

La curva "C" es la resistencia del perfil o de forma aumentando muy poco con el aumento de la velocidad. (Fernández Gómez, 2010) La curva "D" se muestra la resistencia total que es la suma de las otra tres. Si se identifica el punto más bajo de esta curva, y se lo transporta sobre el eje de las velocidades, se obtendrá una velocidad, la cual es: la de mayor autonomía, la de mejor rango de ascenso y la de mínimo rango de descenso en autorrotación. (Fernández Gómez, 2010)



Tracción: Esta fuerza se obtiene acelerando una masa de aire a una velocidad mayor que la del aeroplano. La reacción, de igual intensidad pero de sentido opuesto (3ª ley del movimiento de Newton), en aviones de hélice, la fuerza de propulsión la genera la rotación de la hélice, movida por el motor (convencional o turbina). (Raffo, 2007)

2.3.2 Tipos de uniones permanentes y no permanentes de la estructura Las uniones pueden ser en una primera clasificación: permanentes o desmontables, en las primeras la separación entre las piezas no puede realizarse salvo que se rompa alguna de las piezas, en las segundas el desmontaje puede realizarse sin deteriorar ninguna de ellas y por tanto se pueden volver a montar.

2.3.3 Normas y códigos de Seguridad para la elaboración de la estructura

Se conoce como aleaciones aluminio-litio (Al-Li) a aquellas aleaciones de aluminio a las que se ha añadido un porcentaje de litio entre 0,5 y 3,5% para aumentar sus propiedades mecánicas y reducir su densidad. (Ibon Serrano, 2012) La práctica totalidad de los productos fabricados actualmente con aleaciones Al-Li son productos conformados debido a que la elevada reactividad del litio en estado fundido hace inviable la fabricación de productos por fundición a nivel industrial aeronáutico. (Caflanca Begoña, 2012) Un ejemplo de uso es el caso del fuselaje del helicóptero de AgustaWestland EH101. (Caflanca Begoña, 2012) Es así como se debe apoyar en una normativa para realizar las soldadura en dicho material, ya que de esta dependerá la resistencia de la estructura a las distintas condiciones que será sometido el helicóptero. Norma: ASME SFA-5.3/SFA-5.3M E 4043 AWS A5.3/A5.3M E 4043

Descripción: Electrodo de aluminio para uniones y revestimientos en aleaciones y fundición de los tipos Al – Li. Sólo con corriente directa (electrodo al positivo +) CDPI. La cobertura de éste electrodo provee una atmósfera de gas para proteger el arco, proporciona un fundente para disolver la alúmina (óxido de aluminio), agentes limpiadores y una escoria protectora para cubrir la franja de soldadura.

Aplicaciones Ampliamente utilizado en la pailería en aluminio, construcción de estructuras arquitectónicas, fabricación y reparación de moldes, corrección de defectos de fundición, tanques y recipientes para industria papelera y aceitera. En construcción y reparación de

componentes de la industria de la aviación, química, alimenticia, agroindustrial, etc.

Ventajas Buena soldabilidad; encendido y reencendido rápido, poco salpique, remoción fácil de óxidos, las características de las uniones resultan particularmente buenas. Puede también aplicarse con soplete, utilizando su fundente y flama ligeramente carburante. Buenas propiedades de liga y fluidez capilar.

Propiedades mecánicas bajo normatividad a.w.s. Resistencia a la tensión 95 MPa (14 000 psi)

Composición química bajo normatividad a.w.s. Aluminio

Remanente

Magnesio

0,05 % Máximo

Litio

4,5 - 6,0 %

Zinc

0,10 % Máximo

Hierro

0,8 % Máximo

Titanio

0,20 % Máximo

Cobre

0,30 % Máximo

Berilio

0,0008 % Máximo

Manganeso

0,05

%

Máximo Otros elementos 0,15 % Máximo

Técnica de soldeo Antes de soldar, es necesario limpiar de aceites, grasas, pinturas y suciedad ya que esto puede ocasionar poros en la soldadura por atrapamiento de gas. Únicamente debe usarse CDPI (electrodo al positivo) para poder realizar una adecuada limpieza catódica, es decir una correcta eliminación de la capa de óxido de aluminio. En secciones gruesas es necesario precalentar la pieza a temperaturas por debajo de 204°C (400ºF) y no mantener ésa temperatura más de lo necesario. Eliminar los residuos de fundente en cuanto termine la soldadura.

Medidas disponibles Milímetros 3,2 x 356 356

Pulgadas 1/8 x 14 5/32 x 14

Empaque Bote plástico c/3 kg. en bolsa termosellada.

Amperes 70 – 100 4,0 x 90 – 125