INGENIERÍA AERONÁUTICA MECÁNICA DE VUELO SILABO

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1 INGENIERÍA AERONÁUTICA MECÁNICA DE VUELO SILABO I. DATOS GENERALES: 1.1 ASIGNATURA : Mecánica del Vuelo 1.2 CÓDIGO : PRE-REQUISITO : y HORAS SEMANALES : TEORÍA : PRÁCTICA : N DE CRÉDITOS : CICLO : IX 1.7 TIPO DE CURSO : Obligatorio 1.8 DURACIÓN DEL : 18 Semanas en total 1.9 CURSO REGULAR : 17 Semanas 1.10 EXAMEN SUSTITUTORI : 01 Semana O II. DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA La asignatura de Mecánica de Vuelo es de naturaleza teórica-práctica y constituye una de las bases para que el alumno tenga el conocimiento necesario, para su aplicación en la carrera de Ingeniería Aeronáutica. Brinda al alumno los conceptos necesarios para el entendimiento fundamental de estabilidad, control y mecánica de vuelo. En otras palabras, el propósito del curso, orientar y proporcionar al alumno los conocimientos fundamentales para que pueda hacer investigación y a la vez, desarrollar sus capacidades intelectuales y creativas. Es parte fundamental del curso, que el alumno se motive desde el comienzo de la carrera, por medio de la trasmisión de conocimientos y experiencia de la vida real, para que investigue y se sienta inmerso en el contenido del currículo y perfil de la carrera, tanto en los aspectos cognitivo y fundamento matemático. El desarrollo de la asignatura deberá estimular el espíritu crítico de la mecánica INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 1

2 de vuelo. El alumno de ingeniería desarrollará su capacidad de análisis y los conocimientos adquiridos despertaran el para su aplicación durante la carrera profesional. Al finalizar el curso, el estudiante será capaz de: Estar en condiciones de determinar las ecuaciones de movimiento para un cuerpo rígido dentro del campo de la ingeniería. El estudiante estará preparado para modificar las ecuaciones de movimiento en la medida de lo necesario para modelar vehículos futuros Analizar las condiciones de referencia o equilibrio para vehículos de vuelo Usar el modelo matemático de la dinámica del vehículo para la simulación (Flight Simulation) Determinar y analizar los modos naturales de movimiento de un vehículo de vuelo El curso comprende como unidades de aprendizaje: Introducción y revisión de tópicos Ecuaciones de movimiento de un cuerpo rígido Aerodinámica básica de las superficies de sustentación Moldeamiento de las fuerzas y momentos sobre un vehículo de vuelo Fuerzas propulsivas y momentos actuando sobre el vehículo de vuelo Fuerzas y momentos debido a perturbaciones de velocidad traslacional Análisis de vuelo estable y Quasi- estable Ensamblaje de modelos matemáticos y simulación de vuelo III. COMPETENCIA Utiliza los conceptos de fuerzas y momentos generados en un ala, fuselaje y cola de un aeroplano como cuerpo rígido, desarrollando el modelo estático y dinámico para estudiar su conducta bajo diferentes regímenes de vuelo. También utiliza los conceptos de estabilidad estática y estabilidad dinámica, así como los movimientos básicos del avión separadamente, en modos longitudinales y laterales. INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 2

3 IV. CAPACIDADES 1. Manejar los conceptos de sistema de coordenadas y su transformación, así como el concepto de la segunda ley de Newton y su aplicación al análisis de perturbaciones pequeñas. 2. Maneja las ecuaciones de movimiento vectoriales, con la restricción tierra- plana. Maneja las ecuaciones de referencia y las ecuaciones de perturbación con la restricción tierra-plana. 3. Repasa las características de un perfil aerodinámico subsónico. Conceptos aerodinámicos de un perfil 2D y efectos de los flaps sobre las características de un perfil (airfoil) subsónico. 4. Maneja el concepto de modelamiento de las fuerzas aerodinámicas y momentos actuando sobre el vehículo. 5. Tener el conocimiento completo del eje de referencia-fuselaje y el eje de estabilidad, así como también de las fuerzas y momentos aerodinámicos y propulsivos en la condición de referencia. 6. Tener el conocimiento completo de las componentes de la fuerza aerodinámica total en el stability-axis. Concepto de velocity perturbation. 7. Tener el concepto integral de la condición de referencia de equilibrio y de las diferentes clases de estabilidad estática aerodinámica. 8. Tener el concepto de las ecuaciones de movimiento lineales y de modelos lineales de las fuerzas y momentos V. METODOLOGÍA Al inicio del curso, el profesor hará la presentación introductoria del mismo y explicará el sílabo, enfatizando que promoverá la práctica, talleres, investigación y el diálogo constante con los alumnos, para ayudar a que fijen y profundicen mejor los conceptos, los métodos y conocimientos que vayan adquiriendo. Se resaltará la importancia de la participación espontánea de los alumnos en las clases teóricas y prácticas del curso y que como estudiantes universitarios, no sólo deben limitarse a conocer lo tratado en clase, sino que deben investigar sobre los diferentes temas tratados. En esencia, la asignatura se desarrollará con los siguientes lineamientos metodológicos: 1. El profesor, en cada clase presentará, el fundamento teórico de los diferentes temas, siguiendo el orden que se señala en el programa analítico. Además desarrollará talleres de problemas y propiciará y INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 3

4 estimulará la intervención de los alumnos en la Dejará temas y trabajos prácticos (problemas) de diferentes niveles de complejidad, para que los alumnos investiguen y /o desarrollen en grupo o en forma personal. 2. n caso que los alumnos encuentren dificultad para resolver cualquier problema relacionado con la asignatura, podrán acudir a realizar la respectiva consulta al profesor responsable de la asignatura. 3. Es requisito, que el alumno en todos los trabajos prácticos (problemas), monografías, presentaciones, etc. haga uso intensivo de la Tecnología de la Información. (Ofimática para Ingenieros, Internet, Intranet, Red de la EAPIA y Correo Electrónico). VI. EVALUACIÓN: El Reglamento vigente de la UAP, exige la asistencia obligatoria a clases y que el profesor pase la lista de asistencia en cada clase que dicta, registrando las inasistencias en el registro proporcionado por la Universidad. Los alumnos no podrán sobrepasar el 30% de inasistencias justificadas a las horas lectivas teóricas, ni el 20% a las prácticas para tener derecho a evaluación. Dada la naturaleza del curso, en el que se imparten conocimientos, es de suma importancia, la transmisión directa de un docente con experiencia y que los alumnos participen activamente en el aula. De ahí que se reitera, que la asistencia a clases es de vital importancia. Debe quedar perfectamente entendido, que sólo cuando el alumno asiste a clases, gana el derecho de ser evaluado y que en todo momento estará presente la normatividad expresada en el Reglamento de la UAP. La Modalidad de Evaluación será la siguiente: - Trabajo Académico (TA), El Sistema de Evaluación Permanente de la UAP, contempla las siguientes modalidades de Trabajo Académico: Participación en Prácticas calificadas. Seminarios de discusión. Trabajos de investigación, experimentación u observación. Trabajos de producción. Elaboración de proyectos. Exposiciones. Trabajos de aplicación. Resolución de casos y problemas. - Examen Parcial (EP), que consiste de una evaluación teórico - práctico de conocimiento y donde el alumno dará sus respuestas por escrito. - Examen Final (EF), que consiste en la evaluación teórico - práctico de conocimiento de todo el curso y donde el alumno dará sus respuestas por escrito. La ponderación de notas que el profesor debe mantener es la siguiente: INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 4

5 Descripción Ponderación Porcentaje Examen Parcial Peso 30% Examen Final Peso 3 30% Trabajo Académico Peso 3 40% 4 - Examen Sustitutorio (ES), que consiste en la evaluación teórico - práctico de conocimiento de todo el curso y donde el alumno dará sus respuestas por escrito. La nota obtenida en el examen Sustitutorio, podrá reemplazar la nota más baja que el alumno haya obtenido en su Primer examen Parcial o en el Examen Final y de proceder el reemplazo, se recalculará la nueva nota final. En caso la nota del Examen Sustitutorio sea más baja que la nota del Primer Examen Parcial o del Examen final, no se reemplazará ninguna de ellas, quedando el alumno con la nota obtenida hasta antes del Examen Sustitutorio. Las calificaciones de los exámenes se regirán por el sistema vigesimal. Para aprobar una asignatura se requiere calificación mínima de 11,00 puntos. Al establecer el promedio final, el residuo igual o superior a cinco décimas (0,5) como un punto, deberá ser considerado a favor del alumno. VII. PROGRAMACION DE UNIDADES TEMÁTICAS Unidad N 1: Introducción y revisión de tópicos Capacidad N 1: Maneja los conceptos de sistema de coordenadas y su transformación, así como el concepto de la segunda ley de Newton y su aplicación al análisis de perturbaciones pequeñas. Semana N 01: INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 5

6 Sistemas de coordenadas. Analiza la definición de Vectores, Transformación sistemas de de Coordenadas y coordenadas, Matrices Coseno de transformación de Dirección Diferenciación Vectores de Fuentes de Referencia: Apuntes de coordenadas y Matrices coseno de dirección Verifica y discute la notación de vectores y la diferenciación (derivación) de vectores clase Semana N 02: Segunda ley de Newton Verifica la existencia de un enunciado más riguroso de esta ley para lograr nuestros objetivos Análisis de Perturbaciones pequeñas Pequeñas perturbaciones que envuelve la investigación de la conducta de la dinámica de un sistema no lineal en la vecindad de una condición de referencia clase Unidad N 2: Ecuaciones de movimiento de un cuerpo rígido Capacidad N 2: Maneja las ecuaciones de movimiento vectoriales con la restricción tierra plana. Maneja las ecuaciones de referencia y las ecuaciones de perturbación con la restricción tierra plana. Semana N 03 INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 6

7 Ecuaciones de Movimiento Vectoriales- las ecuaciones de Tierra Plana movimiento vectoriales Ecuaciones de Movimiento Escalar- Tierra Plana Semana N 04 teniendo a la tierra como plana Evalúa el concepto de las ecuaciones de movimiento escalar teniendo a la tierra como plana Ecuaciones de Referencia y Perturbación-Tierra plana Ejercicios Evalúa el cambio de variables Identifica los grupos de ecuaciones de referencia y de perturbación Evalúa los concepto mediante ejercicios Unidad N 3: Aerodinámica básica de las superficies de sustentación Capacidad N 3: Repasa las características de un perfil aerodinámico subsónico. Conceptos aerodinámicos de un perfil 2D y efectos de los flaps sobre las características de un airfoil subsónico. Semana N 05 INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 7

8 Características de Analiza los componentes sección de perfil básicos de una aerodinámico subsónico. Lift y Drag de sección. Momento Pitching de la superficie de sección. 2D características aerodinámicas de un cuerpo de sustentación hipersónica. Efecto de flaps en las características de sección de airfoil subsónico. Características de la plataforma del ala. Wing Lift. Angulo de ataque cero-lift de ala. Semana N 06 sustentación Analiza y comprende las características del Lift y Drag de secciones airfoil 2D Analiza los conceptos del momento pitching creado por la distribución de presión sobre el airfoil Analiza los efectos de los flaps sobre un airfoil subsónico Comprende las características de la plataforma del ala y la sustentación del ala clase momento pitching (coeficiente) de un ala 3D respecto de su centro aerodinámico momento rolling de un ala 3D respecto de su raíz o del eje x del ala Drag del ala Analiza los efectos de los flaps en las características de la aerodinámica del ala Pitchin Moment de ala y Centro Aerodinámico. Rolling Moment de ala. Drag del ala Efectos de los Flaps en las características de la aerodinámica del ala. Flap y superficies de control. Ailerons. Downwash. clase Unidad N 4: Modelamiento de las fuerzas y momentos sobre un vehículo de vuelo Capacidad N 4: Maneja el concepto de modelamiento de las fuerzas aerodinámicas y momentos actuando sobre el vehículo. INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 8

9 Semana N 07 Expansión Tylor-Series Analiza y verifica la serie de Fuerzas de expansión Taylor Aerodinámicas y sobre las fuerzas y Momentos. momentos Fuerzas Aerodinámicas Analiza las fuerzas y y Momentos actuando momentos sobre el vehículo. Lift del aerodinámicos actuando Vehículo. Side Force del sobre el vehículo. vehículo. Drag del Analiza y comprende el vehículo concepto de Lift, fuerza lateral y drag del vehículo. clase Semana N 08: Examen Parcial Semana N 09 CONTENIDOS CONCEPTUAL PROCEDIMIENTAL ACTITUDINAL Momento Rolling. Analiza los tres Momento Pitching. componentes del vector clase Momento Yawing del momento aerodinámico vehículo. actuando sobre el Ejercicios vehículo Aplica los conceptos obtenidos mediante ejercicios Semana N 10 Unidad N 5: Fuerzas propulsivas y momentos actuando sobre el vehículo Capacidad N 5: Tener un conocimiento completo del eje de referencia-fuselaje y el eje de estabilidad, así como también de las fuerzas y momentos aerodinámicos y propulsivos en la condición de referencia. INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 9

10 Eje de referencia- Analiza la diferencia fuselaje y eje de entre el eje de referencia estabilidad. fuselaje y el eje de Fuerzas y momentos estabilidad. aerodinámicos y Conoce el concepto de propulsivos en la condición de referencia. fuerzas y momentos aerodinámicos y propulsivos en la condición de referencia. Unidad N 6: Fuerzas y momentos debido a perturbaciones de velocidad traslacional Capacidad N 6: Tener un conocimiento completo de las componentes de la fuerza aerodinámica total en el stability-axis. Conceptos de velocity perturbation. Semana N 11 Componentes de la Conoce las fuerza aerodinámica componentes de las total en el stability axis. fuerzas aerodinámicas Surge-Velocity totales en el eje Perturbation u. estabilidad (Stability Plunge-Velocity Perturbation w. axes). Conoce el concepto de Surge-velocity perturbation u. Conoce el concepto de Plunge-velocity perturbation w. Semana N 12 INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 10

11 Conoce el concepto de Sideslip-velocity perturbation v. Sideslip-Velocity Perturbation v. Ejercicios Verifica mediante ejercicios los conceptos aprendidos anteriormente. Unidad N 7: Análisis de vuelo estable y quasi-estable Capacidad N 7: Tener un concepto integral de la condición de referencia de equilibrio y de las diferentes clases de estabilidad estática aerodinámica. Semana N 13 Analiza la condición de referencia de equilibrio. estabilidad estática aerodinámica. estabilidad estática longitudinal. Condición de referencia de equilibrio. Concepto de estabilidad estática aerodinámica-criterio. Estabilidad estática longitudinal. Semana N 14 INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 11

12 CONTENIDOS CONCEPTUAL PROCEDIMIENTAL ACTITUDINAL Estabilidad estática lateral-direccional. estabilidad estática Análisis del vuelo lateral-direccional. estable rectilíneo Evalúa mediante (Opcional). ejercicios los conceptos Ejercicios anteriores.. Unidad N 8: Ensamblaje de modelos matemáticos y simulación de vuelo Capacidad N 8: Tener un concepto de las ecuaciones de movimiento lineales y de modelos lineales de las fuerzas y momentos. Semana N 15 Ecuaciones de movimiento lineales. ecuaciones de Ecuaciones de movimiento lineales. movimiento para vuelo recto a nivel. Modelos lineales de las fuerzas y momentos Evalúa las ecuaciones de movimiento para vuelo recto a nivel. los modelos lineales de las fuerzas y momentos. Semana N 16 INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 12

13 CONTENIDOS CONCEPTUAL PROCEDIMIENTAL ACTITUDINAL Disociando las ecuaciones de movimiento en vuelo a nivel Modelos disociados en formato Variable-estado. Ejercicios. disociación de las ecuaciones de movimiento en vuelo a nivel. los modelos disociados en formato variableestado. los casos prácticos y talleres. Semana N 17: Examen Final Semana N 18: Examen Sustitutorio VIII. BIBLIOGRAFÍA. 1. David K. Schmidt. Modern Flight Dynamics. McGraw-Hill 2. Bernard Etkin. Dynamics of Flight Stability and Control Pueblo Libre, Marzo del INGENIERÍA AERONÁUTICA: MECANICA DE VUELO Página 13