Datos Descriptivos. Guía de Aprendizaje Información al estudiante. Código UPM: Sólo castellano Sólo inglés Ambos IDIOMA IMPARTICIÓN DEPARTAMENTO:

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1 Guía de Aprendizaje Información al estudiante Datos Descriptivos ASIGNATURA: AERORREACTORES Nombre en Inglés: JET ENGINES MATERIA: Ciencia y Tecnologías Aeroespaciales Créditos Europeos: 6 Código UPM: CARÁCTER: OBE TITULACIÓN: GRADO DE INGENIERO AERONAUTICO CURSO/SEMESTRE: 4º / 7 ESPECIALIDAD: CTA: Ciencia y Tecnologías Aeroespaciales DEPARTAMENTO: MECÁNICA DE FLUIDOS Y PROPULSIÓN AEROESPACIAL. PERIODO IMPARTICION IDIOMA IMPARTICIÓN Septiembre- Enero Febrero - Junio x Sólo castellano Sólo inglés Ambos x DEPARTAMENTO: MECÁNICA DE FLUIDOS Y PROPULSIÓN AEROESPACIAL NOMBRE Y APELLIDO (C = Coordinador) GREGORIO CORCHERO DIAZ ENRIQUE CABRERA REVUELTA MANUEL PONS PÉREZ GREGORIO LOPEZ JUSTE PROFESORADO DESPACHO 1 Correo electrónico gregorio.corchero@upm.es Enrique.cabrera@upm.es manuel.pons@upm.es gregorio.lopez@upm.es

2 CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS PARA PODER SEGUIR CON NORMALIDAD LA ASIGNATURA ASIGNATURAS SUPERADAS TECNOLOGIA AEROESPACIAL TERMODINAMICA TERMODINÁMICA APLICADA MECANICA DE FLUIDOS I, II TRANSPORTE DE CALOR Y MASA OTROS RESULTADOS DE APRENDIZAJE NECESARIOS 2

3 Objetivos de Aprendizaje COMPETENCIAS Y NIVEL ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Código COMPETENCIA NIVEL CG 3 CG 9 CE38 EB06 EC03 CE45- CE49- EC07 Capacidad para identificar y resolver problemas aplicando, con creatividad, los conocimientos adquiridos. Razonamiento crítico y capacidad de asociación que posibiliten el aprendizaje continuo. Conocimiento adecuado y aplicado a la ingeniería de los conceptos y leyes que gobiernan la combustión interna, su aplicación a la propulsión, así como, la aplicación al intercambio de energía. Conocimiento adecuado y aplicado a la Ingeniería de: Los conceptos y leyes que gobiernan la combustión interna, su aplicación a la propulsión cohete. Conocimiento aplicado de: aerodinámica; mecánica del vuelo, ingeniería de la defensa aérea (balística, misiles y sistemas aéreos), propulsión espacial, ciencia y tecnología de los materiales, teoría de estructuras. Síntesis Síntesis Síntesis Síntesis Síntesis Código RA1. - RA2. - RA3. - RA4. - RA5. - RA6. - RA7. - RA8. - RA9. - RA10. - RA11. - RA12. - RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Conocer las necesidades propulsivas de las aeronaves. Conocer los empujes y resistencias relacionados con los aerorreactores. Conocer y cuantificar de forma aplicada el proceso de combustión de los aerorreactores y el rendimiento de la combustión. Saber realizar un balance energético diferenciando y calculando los rendimientos involucrados. Saber resolver problemas relacionados con el cálculo de los ciclos termodinámicos y las características de los aerorreactores; así como el efecto de las características y calidad de los componentes. Conocer los diferentes aerorreactores y saber obtener los sistemas óptimos bajo el punto de vista de propulsivo. Dimensionar los componentes que intervienen en sistema propulsivo. Utilizar herramientas informáticas de cálculo de actuaciones de aerorreactores. Conocer el efecto de las condiciones de vuelo: velocidad y altitud en el funcionamiento de los aeroreactores. Conocer los problemas ambientales de los aerorreactores y sus posibles soluciones. Redactar informes técnicos y hacer exposiciones orales técnicas relacionadas con lo anterior. Resolver problemas derivados del ámbito de la materia de forma autónoma y en colaboración con otros. 3

4 Contenidos y Actividades de Aprendizaje CONTENIDOS ESPECÍFICOS (TEMARIO) TEMA / CAPITULO Tema 1 Introducción Tema 2 Necesidades propulsivas Tema 3 Análisis del ciclo Brayton Tema 4 Aplicación de las ecuaciones integrales de MF Tema 5 Comportamiento motor y propulsor de aerorreactores APARTADO 4 Indicadores Relacionados Concepto de rendimiento Propulsivo. T1.1 Motores y Propulsores. T1.2 Rendimiento motor, de propulsión y global. T1.3 Desarrollo histórico de la propulsión por chorro. T1.4 Fabricantes de motores de turbinas de gas y T1.5 nombres de motores. Detalles constructivos de turbofanes biejes y triejes T1.6 Análisis funcional de sus módulos. T1.7 Potencia específica en exceso. T2.1 Análisis de restricciones. T2.2 Selección de empuje/peso. T2.3 Dimensionado del motor. T2.4 Autonomía y radio de acción. T2.5 Hipótesis y nomenclatura. Variables de remanso. T3.1 Toma dinámica. Pérdida de presión de remanso. T3.2 Compresor. Rendimientos adiabático y politrópico. T3.3 Cámara de combustión. Poder calorífico del T3.4 combustible y rendimiento de la combustión. Turbina. Rendimientos adiabático y politrópico. T3.5 Toberas. Tobera bloqueada T3.6 Ecuación de continuidad. T4.1 Ecuación de cantidad de movimiento. Resistencias T4.2 adicional y externa Ecuación de la energía. Poder calorífico del T4.3 combustible y rendimiento de la combustión. Balance energético. T4.4 Análisis simplificado del ciclo. Rendimiento global de T5.1 compresión y de expansión. Potencia motora adimensional y rendimiento motor. T5.2 Impulso específico y rendimiento de la propulsión. T5.3 Cálculo simplificado de actuaciones. Variación de las variables específicas con la altura y velocidad de vuelo. T5.4

5 Tema 6 Turbohélices y su optimización Tema 7 Turbofanes y su optimización Tema 8 Conceptos futuros de motores. Tema 9 Sistemas incrementadores de empuje Tema 10 Estudio de componentes Cálculo del gasto másico. Variación de las actuaciones del sistema con la altura y velocidad de vuelo. 5 T5.5 Planteamiento del problema. Tracción y empuje. T6.1 Parámetros que caracterizan el ciclo del TH: T6.2 Potencia específica de la hélice y velocidad de salida. Valores óptimos de los parámetros y su discusión en T6.3 función de las condiciones de vuelo y de la potencia del TB origen. Potencia útil y rendimiento propulsivo óptimos. T6.4 Estudio del caso ideal. Definiciones empleadas en TH. T6.6 Planteamiento del problema. Flujos primario y T7.1 secundario (caliente y frio). Configuraciones. Parámetros que caracterizan el ciclo del TF: relación T7.2 de derivación y relación de compresión del fan. Valores óptimos de los parámetros y su discusión en T7.3 función de las condiciones de vuelo y de la potencia del TB origen. Potencia útil y rendimiento propulsivo óptimos. T7.4 Estudio del caso ideal. Evolución de los TF utilizados. Optimización para T7.5 una relación de derivación dada. TF de flujo mezclado. T7.6 Nuevas configuraciones de TF T8.1 Necesidad de los mismos T9.1 Sistemas de inyección de agua. Inyección en el compresor. Inyección en la cámara de combustión. Sistemas postcombustor. Elementos que lo componen. Necesidad de toberas variables. Incremento de empuje, consumo y consumo específico en el caso ideal. Caso real. Bloqueo térmico. Parámetro de combustible máximo. Incremento del empuje función de la temperatura y del Mach de entrada. Plantreamiento del problema de las actuaciones de los componentes. T9.2 T9.3 T9.4 T9.5 T10.1 Parámetros adimensionales de un aerorreactor. T10.2 Actuaciones del compresor. T10.3 Actuaciones de la cámara de combustión. T10.4 Actuaciones de la turbina. T10.5 Actuaciones de la entrada. T10.6

6 Tema 11 Cálculo análitico de las actuaciones de los aerorreactores Tema 12 Problemas ambientales de los aerorreactores Tema 13 Turbinas de gas Actuaciones de la tobera de salida. T10.7 Planteamiento del problema: variables adimensionales y ecuaciones. T11.1 Resolución del generador de gas monoeje T11.2 Resolución del aerorreactor. T11.3 Líneas de funcionamiento y curvas características. T11.4 Reducción de datos a la atmósfera estándar. T11.5 Efecto de la temperatura y presión ambiente en el empuje de despegue. T11.6 Motores de empuje constante. T11.7 Medición del empuje a través del EPR. T11.8 Emisiones T12.1 Contaminación T12.2 Ruido T12.3 Diferencias del ciclo utilizado en TB T13.1 TG de aplicación industrial. Aeroderivadas T13.2 TG de aplicación en transportes T13.3 6

7 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ORGANIZATIVAS UTILIZADAS Y METODOS DE ENSEÑANZA EMPLEADOS CLASES DE TEORIA CLASES PROBLEMAS TRABAJOS AUTONOMOS Y TRABAJOS EN GRUPO TUTORÍAS Lección magistral Sesiones presenciales en las que las actividades principales son la transmisión de conocimientos, la presentación de un enfoque crítico del estado del arte y mostrar las relaciones entre los diversos conceptos. Resolución de problemas en el aula. El profesor propone a la clase resolver un ejercicio práctico, fomentando la colaboración entre los alumnos. El profesor atiende y resuelve las dudas que puedan ir surgiendo, de forma individualizada. La última parte de la sesión se dedica a una puesta en común dirigida por el profesor de las principales dificultades detectadas y los aspectos fundamentales que permiten una resolución satisfactoria de los problemas propuestos. Se propone la realización de miniproyectos o estudios que refuercen los siguientes aspectos: Consolidar y aplicar conocimientos y habilidades. Capacidad de encontrar información relevante. Destreza en el uso de diversas herramientas (modelos teóricos, software, etc.). Creatividad a la hora de abordar un problema de ingenieria. Se dedicarán algunas sesiones presenciales a la orientación y evaluación de los trabajos en grupo e individuales en curso. 7

8 RECURSOS DIDÁCTICOS Mechanics and Thermodynamics of Propulsion". Hill & Peterson. "Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion". Gordon C. Oates. "Aerothermodynamics of Aircraft Engine Components". Gordon C. Oates. "Aircraft Propulsion Systems Technology and Design". Gordon C. Oates. "Aircraft Engines and Gas Turbines". Kerrebrock. "Elements of Gas Turbine Propulsion". Jack D. Mattingly. "Teoría de las Turbinas de Gas". Cohen, Rogers & Saravanamuttoo. "Jet Propulsion" Nicholas Cumpsty. "An Introduction to Aerospace Propulsion" R. Douglas Archer & Maida Saarlas. BIBLIOGRAFÍA "Teoría de los Motores de Reacción". Steckin "The Jet Engine". Rolls Royce. Configuración. "The Aircraft Gas Turbine Engine and its Operation". Pratt & Whitney. Configuración. "Jet Engines: Fundamentals of Theory, Design and Operation". Klaus Hünecke. Configuración. "Jet Aircraft Power Systems". Casaniassa & Bent. Configuración. "Motores de Reacción y Turbinas de Gas". C.S. Tarifa. "Turborreactores". Antonio Esteban Oñate. En Moodle: Apuntes de la asignatura. Enunciado de problemas propuestos y realizados en aula. Transparencias mostradas durante las lecciones magistrales. Otro material complementario. 8

9 Cronograma de trabajo de la asignatura Semana Actividades Aula Laboratorio Trabajo Trabajo en Grupo Actividades Otros Individual Evaluación 1 3 LM+RPA+PBL 2 3 LM+RPA+TP 3 3 LM+RPA+PBL 4 3 LM+RPA+TP 5 3 LM+RPA+PBL 6 3 LM+RPA+TP 7 3 LM+RPA+PBL 1º 1º Parcial 8 3 LM+RPA+TP 9 3 LM+RPA+PBL 10 3 LM+RPA+TP 11 3 LM+RPA+PBL 12 3 LM+RPA+TP 13 3 LM+RPA+PBL 2º 2º Parcial 9

10 Sistema de evaluación de la asignatura Ref EVALUACION INDICADOR DE LOGRO Relacionado con RA: T1 Conocer el vocabulario y terminología básica de la disciplina. Conocimiento del estado del arte de la tecnología de los aerorreactores RA5, RA6 Conocer y comprender el funcionamiento de los aerorreactores. T2 Conocimiento de las necesidades propulsivas de las aeronaves. RA1 T3 Saber resolver los problemas asociados con el cálculo de los ciclos termodinámicos. RA5, RA7, RA12 Conocimiento y comprensión de las ecuaciones integrales de la Mecánica de Fluidos aplicadas a los aerorreactores. RA2, RA3, Saber realizar un balance energético aplicado a los aerorreactores y T4 calcular los diferentes rendimientos involucrados. RA4 Conocer y cuantificar de forma aplicada el proceso de combustión en los aerorreactores y el rendimiento de la combustión. Saber evaluar las características de los aerorreactores y su T5 comportamiento bajo distintas condiciones de vuelo y de régimen. Saber seleccionar de forma razonada las características funcionales de los componentes que forman un aerorreactor. RA5, RA7 Conocer y saber evaluar el sistema turbohélice. T6 Saber seleccionar el sistema turbohélice óptimo en función de las RA6, RA12 condiciones de vuelo. Conocer y saber evaluar el sistema turbofan. T7 Saber seleccionar el sistema turbofan óptimo en función de las RA6, RA12 condiciones de vuelo. T8 Conocer y comprender los conceptos futuros a emplear en la propulsión aérea. RA6, RA12 Conocer y saber evaluar los sistemas incrementadores de empuje. T9 Conocer y evaluar las necesidades de diseño que estos sistemas RA6, RA12 plantean. Conocer y saber caracterizar los componentes principales de los T10 aerorreactores: entradas, compresores, cámara de combustión, RA7 turbinas y toberas de salida. Conocer y saber evaluar las características de los aerorreactores basándose en el conocimiento de las características de sus componentes: Análisis de síntesis. RA5, RA8, Conocer y saber calcular las actuaciones de los aerorreactores y el T11 afecto en las mismas de las condiciones de vuelo y del régimen. RA12 Conocer la forma de presentación de datos de aerorreactores al cliente. Conocer las formas de control de aerorreactores de uso civil o militar. Conocimiento, comprensión y de los problemas ambientales relacionados con los aerorreactores. T12 Conocimiento de las emisiones de contaminantes debidas a la R10 combustión y saber las acciones encaminadas a reducirlas. Conocimiento y evaluación del ruido generado por el aerorreactor. T13 Conocimiento de las turbinas de gas y sus aplicaciones R6 Trabajos y proyevctos Saber presentar la información y resolver problemas del ámbito de la asignatura R11, R12 10

11 EVALUACION SUMATIVA BREVE DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES EVALUABLES MOMENTO LUGAR PESO EN LA CALIFICACIÓN Examen parcial sobre los Temas 1 a 7 Después del Tema 7 Aula 45% Teoría Examen parcial sobre los Temas 8 al 13 Al final del curso Aula 45% Teoría Proyectos en grupo Se evaluaran los proyectos mediante tutorías colectivas en el aula o bien por entrevista con el grupo correspondiente. Su realización dependerá del número de alumnos en el curso. Examen final El examen final constara de: Una parte de carácter teórico por medio de test o preguntas cortas (esta parte estará liberada si los resultados medios de los parciales realizados es positivo). El valor total de esta parte será el 65% Una parte práctica mediante la resolución de un problema. El valor de esta parte será el 35% A lo largo del curso Aula 10% Final Finalizado el curso Aula 90% Final CRITERIOS DE CALIFICACIÓN Los exámenes parciales tratan de evaluar el conocimiento del alumno en los temas básicos por eso constarán de un test y/o de ejercicios cortos; todo ello realizado sin ayuda de ningún tipo de referencia. El aprobado mediante una nota media de estos exámenes, le permitirán al alumno liberar la parte teórica del examen final de la asignatura, que tiene un valor total de la asignatura del 65%. Los problemas y proyectos pretenden que el alumno sea capaz de evaluar con un grado de aproximación suficiente las actuaciones de los distintos tipos de aerorreactores mediante los modelos explicados en las clases. Esto animará a los alumnos a adquirir las destrezas necesarias y le permitirá desplegar una actividad en la iniciativa personal y la creatividad que serán muy útiles para enfrentarse al mundo profesional en relación con los temas de propulsión aérea. En el examen final se evaluara el conjunto de conocimientos adquiridos. Se hará mediante la realización de una parte teórica (para los que no la tengan liberada) y la realización de un problema con ayuda de las referencias que se consideren oportunas. Esta parte valdrá el 35% de la nota final 11