Guía de Aprendizaje Información al estudiante. Datos Descriptivos. Complementos de la Tecnología Aeroespacial

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1 Guía de Aprendizaje Información al estudiante Datos Descriptivos ASIGNATURA: Nombre en Inglés: MATERIA: Tecnología Aeroespacial Aerospace Technology Complementos de la Tecnología Aeroespacial Créditos Europeos: 6 Código UPM: CARÁCTER: TITULACIÓN: CURSO: ESPECIALIDAD: A: Común a la rama aeronáutica. Grado en Ingeniería Aeroespacial 1º curso Todas PERIODO IMPARTICION IDIOMA IMPARTICIÓN Septiembre- Enero Febrero - Junio X Sólo castellano Sólo inglés Ambos X 1

2 DEPARTAMENTO: Aeronaves y Vehículos Espaciales NOMBRE Y APELLIDO (C = Coordinador) Álvaro Cuerva Tejero PROFESORADO DESPACHO Correo electrónico alvaro.cuerva@upm.es Ángel Sanz-Andrés Aerodinámica ETSIA angel.sanz.andres@upm.es Cristina Cuerno Cristóbal José Gallego Demetrio Zorita Gomez- Escolar Emilio Pérez Cobo Ayudante TBD cristina.cuerno@upm.es cristobaljose.gallego@upm.es demetrio.zorita@upm.es emilio.perez@upm.es José Meseguer Ruiz Aerodinámica ETSIA j.meseguer@upm.es Manuel Gascón Pérez 513 EUITA manuel.gascon@upm.es Manuel Pérez Cortes Mecánica de Vuelo manuel.perez@upm.es Miguel Ángel Gómez Tierno Mecánica de Vuelo miguelangel.gomez@upm.es Miguel González Hernández miguel.gonzalez.hernandez@upm.es Nikolai Bezdenejnykh 513 EUITA nikolai.bezdenejnykh@upm.es Oscar López García Rodrigo Martínez-Val oscar.lopez.garcia@upm.es rodrigo.martinezval@upm.es Rosana Prados Roman 513 EUITA r.prados@upm.es Sebastián Franchini (C) Aerodinámica ETSIA s.franchini@upm.es CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS PARA PODER SEGUIR CON NORMALIDAD LA ASIGNATURA RESULTADOS DE APRENDIZAJE NECESARIOS Nivel de Bachillerato de Matemáticas, Física y Química. Conocimiento básico de lengua extranjera (Inglés) 2

3 Objetivos de Aprendizaje COMPETENCIAS Y NIVEL ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Código COMPETENCIA NIVEL * CG3 CG4 CG6 Capacidad para identificar y resolver problemas aplicando, con creatividad, los conocimientos adquiridos Capacidad para integrarse y formar parte activa de equipos de trabajo. Trabajo en equipo. Uso de las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones CG7 Comunicación oral y escrita AP CG9 CE09 CE10 CE13 CE17 CE18 CE19 Razonamiento crítico y capacidad de asociación que posibiliten el aprendizaje continuo Comprender la globalidad del sistema de navegación aérea y la complejidad del tráfico aéreo. Comprender cómo las fuerzas aerodinámicas determinan la dinámica del vuelo y el papel de las distintas variables involucradas en el fenómeno del vuelo. Comprender la singularidad de las infraestructuras, edificaciones y funcionamiento de los aeropuertos. Conocimiento adecuado y aplicado a la ingeniería de: Los elementos fundamentales de los diversos tipos de aeronaves; los elementos funcionales del sistema de navegación aérea y las instalaciones eléctricas y electrónicas asociadas; los fundamentos del diseño y construcción de aeropuertos y sus diversos elementos. Conocimiento adecuado y aplicado a la Ingeniería de: los principios básicos del control y la automatización del vuelo. Conocimiento aplicado de: sistemas de navegación y circulación aérea; tecnología aeroespacial. AP AP AP AN COM COM COM COM COM COM * Para definir el nivel se ha utilizado la taxonomía de Bloom de acuerdo con la siguiente codificación: Conocimiento (CON), Compresión (COM), Aplicación (AP), Análisis (AN), Síntesis (SIN) y Crítica (CR) 3

4 Código RA1. - RA2. - RA3. - RA4. - RA RA10. - RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Identifica y resuelve problemas aplicando los conocimientos adquiridos (CG3). Se integra y forma parte activa de equipos de trabajo (CG4). Utiliza las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones (CG6). Se comunica correctamente de forma oral y escrita (CG7). Razona críticamente y de forma asociativa (CG9) Comprende la relevancia de las ciencias básicas y su aplicación en la ingeniería (CE10, CE 17, CE 18 y CE 19) Identifica los elementos fundamentales de los diversos tipos de aeronaves y vehículos espaciales. (CE17). Comprende el origen de las fuerzas aerodinámicas y propulsivas y cómo estas determinan la dinámica del vuelo de las aeronaves y vehículos espaciales (CE10 y CE19). Conoce los elementos funcionales del sistema de navegación y el transporte aéreo y las instalaciones eléctricas y electrónicas asociadas (CE09, CE17 y CE19). Comprende la singularidad del diseño, construcción y funcionamiento de los aeropuertos (CE13 y CE17). 4

5 Contenidos y Actividades de Aprendizaje CONTENIDOS ESPECÍFICOS (TEMARIO) TEMA / CAPITULO 1. Actividades aeroespaciales 2. Clasificación de los vehículos aeroespaciales 3. Partes del avión 4. Atmósfera Estándar Internacional (ISA) 5. Introducción a la Mecánica de Fluidos 6. Ecuación de conservación de masa 7. Ecuación de la cantidad de movimiento 8. Aspectos cualitativos del flujo viscoso 9. Aspectos cualitativos del flujo compresible APARTADO La industria aeroespacial. Infraestructuras aeroespaciales. Las compañías aéreas. Las organizaciones aeronáuticas y espaciales. Definiciones y clasificaciones. Aviones. Aeronaves de alas giratorias. Lanzadores y misiles. Vehículos espaciales. Introducción. Fuselaje. Ala. Grupo motopropulsor. Superficies estabilizadoras. Tren de aterrizaje. Definición de altitud absoluta y geométrica. Hipótesis de la ISA. Estructura térmica de la atmósfera. Ecuación de la fluido-estática. Solución de la ISA para la troposfera y estratosfera. Estados de la materia. Partícula fluida y flujo. Cinemática de los fluidos: Líneas de corriente. Flujo estacionario. Tubo de corriente. Definición de gasto másico. Flujo compresible e incompresible. Definición de caudal. Aplicación de la conservación de masa al caso incompresible. Fuerzas sobre un fluido (volumen y superficie). Ecuación de Euler. Ecuación de Bernoulli. Flujo con viscosidad. Definición de capa límite. Definición de esfuerzos viscosos. Flujos laminar y turbulento. Número de Reynolds. Velocidad del sonido. Número de Mach. Ondas de Mach, choque y de expansión. Movimiento subsónico y supersónico en flujo 5 Indicadores Relacionados RA10

6 10. Aerodinámica de perfiles 11. Aerodinámica de alas 12. Dispositivos hipersustentadores. Curvas características del avión 13. Introducción a los sistemas de propulsión 14. Sistema de propulsión por hélice 15. Sistema de propulsión no autónomo por chorro. Aerorreactores 16. Aerorreactores (cont). Sistema de propulsión autónomo por chorro. Motor cohete 17. Introducción a las actuaciones del avión interno: difusores y toberas. Geometría y nomenclatura de perfiles. Generación de fuerzas aerodinámicas. Curvas características de los perfiles. Coeficientes adimensionales. Entrada en pérdida de perfiles. Desprendimiento de la capa límite. Componentes de la resistencia aerodinámica de un perfil. Resistencia de fricción y de presión. Efectos de compresibilidad. Geometría y nomenclatura de alas. Flujo sobre un ala de envergadura finita. Sustentación en alas (diferencias con perfiles). Resistencia inducida. Curvas características de las alas. Dispositivos hipersustentadores. Aerodinámica de alas en régimen compresible y supersónico. Curvas características del avión (sustentación y polar). Sistema motopropulsor: motivación y fundamentos. Creación de empuje. Clasificación de los sistemas de propulsión. Envolvente operacional de los diferentes sistemas. Aspectos medioambientales. Geometría y nomenclatura de la hélice. Cinemática de la hélice. Teoría de cantidad de movimiento aplicada a la propulsión por hélice. Rendimiento propulsivo. Curvas características de la hélice. Regímenes de funcionamiento de una hélice. Control de paso de hélices. Sistema de propulsión basado en motor alternativo. Componentes y funcionamiento de una turbina de gas. Determinación del empuje. Efecto de la altura y Mach de vuelo en el empuje. Turborreactor y turbofán. Turbohélice. Componentes. Determinación del empuje. Tipos de motes cohete. Empuje de los motores cohete. Modelo físico- matemático del avión para el estudio de actuaciones. Sistemas de referencia. Actuaciones en vuelo horizontal rectilíneo y uniforme. Actuaciones en vuelo de ascenso/descenso 6

7 18. Virajes 19. Actuaciones en pista 20. Actuaciones integrales 21. Diagrama Peso - Alcance 22. Estructuras de aeronaves 23. Instrumentos de las aeronaves 24. Sistemas y equipos de las aeronaves 25. Clasificación y arquitectura de AAG 26. Principios de vuelo y actuaciones de AAG 27. Aeródromos y aeropuertos 28. Pistas de vuelo y terminales de pasajeros 29. Introducción a la navegación y a la circulación aérea rectilíneo y uniforme. Actuaciones en vuelo de planeo. Factor de carga. Viraje en el plano horizontal (con balance y guiñada). Viraje en el plano vertical. Despegue. Aterrizaje. Influencia del viento en operaciones en tierra. Alcance. Autonomía. Envolvente operacional de la aeronave. Nomenclatura de pesos del avión. Limitaciones de pesos del avión. Diagramas de carga de pago-alcance. Función de los componentes estructurales. Disposición estructural del ala y superficies estabilizadoras. Disposición estructural del fuselaje. Materiales aeroespaciales. Instrumentos de vuelo y navegación. Instrumentos de la planta propulsora. Agrupación y presentación de los instrumentos. Sistema eléctrico. Sistema de combustible. Sistema hidráulico. Sistemas Fly-by-wire. Sistema de acondicionamiento de cabina. Otros sistemas. Tipos de aeronaves de alas giratorias. Configuración general de los helicópteros. Rotor y mandos de vuelo. Arquitectura de helicópteros. Problemas aerodinámicos. Resonancia en tierra. Teoría de Cantidad de Movimiento aplicada al vuelo axial del helicóptero. Actuaciones de helicópteros en vuelo axial. Actuaciones de helicópteros en vuelo de avance. Demanda de transporte aéreo. Selección del emplazamiento. Configuración del aeropuerto. Orientación y disposición de las pistas. Ayudas en aproximación y aterrizaje. Capacidad horaria y capacidad anual. Disposición de los edificios terminales. Seguridad de la aviación. Accidentes e incidentes. Concepto de Navegación aérea. 7 RA10 RA11 RA10 RA11

8 30. El soporte técnico de la navegación aérea 31. Posicionamiento y guiado de aeronaves 32. Vehículos espaciales 33. Lanzadores y misiles 34. Mecánica orbital 35. Misiones espaciales El marco operativo: el sistema CNS. Vigilancia y control de la circulación aérea. Sistemas de alerta y factores humanos. Organización del espacio aéreo. Ayudas a la navegación aérea. Cartas aeronáuticas. Rutas: definición y representación. Posicionamiento en el espacio aéreo. Posicionamiento vertical y horizontal. Algoritmos de estimación. El guiado en la navegación aérea. Programas espaciales. Entorno espacial. Clasificación de las misiones y los vehículos espaciales. Bases de lanzamiento. Estaciones de seguimiento y control. Arquitectura de los vehículos espaciales. Configuraciones y sistemas. Tipos de lanzadores y misiles. Subsistemas. Ecuación de Tsiolkovsky. Ecuación del movimiento de un vehículo con motor cohete. Guiado de lanzadores y misiles. Leyes de Kepler. Ley de la Gravitación Universal de Newton. Problema de los dos cuerpos. Órbitas circulares. Caso general de órbitas. Constantes de los movimientos orbitales. Maniobras orbitales. Transferencia coplanar de Hohmann. Cambio de inclinación del plano orbital. Incremento de velocidad y masa de combustible necesario. 8

9 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ORGANIZATIVAS UTILIZADAS Y METODOS DE ENSEÑANZA EMPLEADOS CLASES DE TEORIA CLASES PROBLEMAS PRACTICAS TRABAJOS AUTONOMOS TRABAJOS EN GRUPO TUTORÍAS La lección magistral se considera básica para la transmisión de conocimientos y para que el alumno identifique claramente a sus profesores de referencia a quienes debe acudir para consultas o dudas. La clase se desarrollará con ayuda de la pizarra para los desarrollos matemáticos o aspectos análogos; pero se utilizará profusamente el proyector de transparencias dada la gran carga visual que tienen los conceptos a tratar, tales como partes del avión, motores de reacción, instrumentos o misiones espaciales. Aunque el profesor pueda, eventualmente, resolver algún problema en clase al comienzo de cada parte de la asignatura, la mayoría de las clases serán del tipo de problema-ayuda. En ellas se propone a los alumnos un enunciado concreto para que lo trabajen y resuelvan en pequeños grupos. Es deseable que a estas clases asistan dos profesores por aula, para atender debidamente las dudas y consultas. Este sistema fomenta el que los alumnos vayan al día y no pierdan tiempo al comenzar la clase de problemas releyendo la teoría que deben traer sabida. Está previsto que los alumnos realicen tres prácticas de laboratorio y visionen vídeos de contenido didáctico, en pequeños grupos. Las prácticas versarán sobre arquitecturas de aviones, arquitectura de helicópteros, túneles aerodinámicos, y sistemas de propulsión. Los vídeos tratarán de fabricación de aviones, fenómenos de interés en Mecánica de Fluidos y Aerodinámica, misiones espaciales, y navegación aérea. El trabajo autónomo de los alumnos consistirá, fundamentalmente, en revisar y repasar los temas tratados en las lecciones magistrales, en terminar los problemas propuestos en las clases de problemas, en trabajar sobre otros problemas cuyos enunciados se hayan repartido, y en completar los informes de las prácticas de laboratorio y del trabajo en grupo encargado. Los alumnos realizarán en grupo las prácticas de laboratorio y los informes derivados de éstas. Asimismo, y dado que el contenido de los temas sobre navegación aérea y aeropuertos no se presta a la realización de problemas, se planteará a los grupos la realización de un pequeño ejercicio sobre dichos temas, para lo que deberá buscar en diversas fuentes bibliográficas y documentales, incluido internet. Mantener la composición de los grupos fomenta la cohesión y facilita la eficiencia del trabajo. Los profesores estarán disponibles en sus despachos para atender las consultas de los alumnos durante las horas estipuladas reglamentariamente. 9

10 BIBLIOGRAFÍA RECURSOS WEB EQUIPAMIENTO RECURSOS DIDÁCTICOS Anderson, JD. Introduction to flight, 5th Edition. McGraw-Hill, Boston, USA, Franchini, S y López García, O. Introducción a la Ingeniería Aeroespacial, 2º edición, Garceta grupo editorial, Madrid, Isidoro Carmona, A. Aerodinámica y actuaciones de avión. Paraninfo, Madrid, Torenbeek, E y Wittenberg, H. Flight Physics. Springer, Dordrecht, NL, F.J. Sáez Nieto, L Pérez Sanz y V.F. Gómez Comendador. La navegación aérea y el aeropuerto Fundación AENA, Madrid, M. García Cruzado, Descubrir la operación de los aeropuertos, AENA, Madrid, 2008 Está previsto utilizar la plataforma moodle para la publicación y difusión de material didáctico que los alumnos puedan necesitar, tales como apuntes, enunciados y solución de ejercicios, etc. También se publicarán los horarios de tutorías, calendarios y grupos de prácticas y otra información relevante. El Laboratorio de Ensayo dispone de aeronaves y equipos suficientes para las prácticas de laboratorio y proyección de vídeos que están previstos en la planificación docente. En particular existe un avión F5 completo, una avioneta RANS S-7 de estructura tubular completa (el revestimiento del fuselaje no está montado para permitir ver la estructura tubular), un helicóptero Alouette III completo, dos túneles aerodinámicos para actividades docentes, varios motores tanto alternativos como de reacción y diversos componentes estructurales de aviones, tanto en aleación de aluminio como en materiales compuestos. El Laboratorio de Sistemas e Instrumentos está equipado con un banco de ensayos de sistemas hidráulicos otro de sistemas neumáticos, diverso equipamiento para prácticas del sistema eléctrico y cinco túneles aerodinámicos especialmente diseñados para prácticas de alumnos. También se dispone de un helicóptero BO 105. Se dispone también de un taller mecánico y un taller de carpintería. En ellos se pueden fabricar pequeñas piezas de interés o ayuda para las prácticas. Tiene asimismo todo tipo de útiles de medida de longitudes, espesores, profundidades, etc, que puedan necesitar los alumnos en las prácticas, así como diversos ordenadores y equipos de adquisición de datos. 10

11 Cronograma de trabajo de la asignatura Semana Actividades Aula Laboratorio Trabajo Individual Trabajo en Grupo 1 a 5 6 a a 15 Convocatoria Enero Lecciones 1 a 12 Problemas 1 a 4 Lecciones 13 a 26 Problemas 5 a 7 Lecciones 27 a 35 Problemas 8 a 13 Prácticas y vídeos Prácticas y vídeos Estudiar teoría Completar problemas Estudiar teoría Completar problemas Preparar prácticas Estudiar teoría Completar problemas Preparar prácticas Resolución de problemas por grupos. Resolución de problemas por grupos. Resolución de problemas por grupos. Redacción informe de prácticas. Actividades Evaluación Primer control parcial Segundo control parcial Examen final Otros Curso

12 Sistema de evaluación de la asignatura EVALUACION Ref INDICADOR DE LOGRO Relacionado con RA: T1 a T12 Obtener una nota igual o mayor a 5.0 en el primer parcial 1/5/6/7/8/9/10 T13 a T26 Obtener una nota igual o mayor a 5.0 en el segundo parcial 1/5/6/8/9 T27 a T35 Obtener una nota igual o mayor a 5.0 en el tercer parcial 1/5/7/9/10 NP Haber realizado las cuatro prácticas en el laboratorio y presentar y aprobar el informe correspondiente a cada una de 1/2/3/4/5/6/7/8 ellas. NTG Presentar y aprobar el informe del trabajo en grupo. 1/2/3/4/5/6/9/10 EVALUACION SUMATIVA BREVE DESCRIPCION DE LAS PESO EN LA ACTIVIDADES EVALUABLES MOMENTO LUGAR CALIFICACIÓN 1º Parcial TBD Aulas de examen 30% 2º Parcial TBD Aulas de examen 30% 3º Parcial TBD Aulas de examen 20% Informe de prácticas 15% Trabajo navegación aérea y aeropuertos 5% 12

13 DESCRIPCION GENERAL DE LAS ACTIVIDADES EVALUABLES y DE LOS CRITERIOS DE CALIFICACIÓN La evaluación estará compuesta por tres apartados: examen, prácticas y trabajo en grupo. La nota final del curso (NF) se compone de los siguientes grupos de actividades: Nota del examen (NE) Nota de prácticas (NP) Nota de trabajo en grupo (NTG) La nota del examen (NE) se obtiene en un examen final. El examen final de la convocatoria de enero consiste en tres partes, cada una de las cuales corresponde a un bloque de lecciones (véase tabla EVALUACION ). El peso relativo de las tres partes será de 30%, 30% y 20%, respectivamente (véase tabla EVALUACIÓN SUMATIVA ). Durante el curso se realizan dos exámenes parciales y liberatorios, correspondientes a las dos primeras partes del examen final de la convocatoria ordinaria de enero. Si la nota de un parcial es mayor o igual que 5 el temario correspondiente al mismo queda liberado para el examen final de enero, no obstante lo cual el alumno podrá examinarse de dicha parte si lo desea, en cuyo caso la nota obtenida en el parcial será ignorada. Todos los alumnos deben realizar la tercera y última parte del examen final en la convocatoria de enero independientemente de la calificación obtenida en los parciales. La nota del examen de la convocatoria ordinaria se determina como: NE = (0.3 P P P3)/0.8 siendo P1, P2 y P3 las notas obtenidas en cada una de las partes. De no disponerse de nota final para P1, por no haberse hecho el examen de esa parte, la misma se sustituye por la obtenida en el primer parcial si es mayor o igual que 5 o por 0 en caso contrario, procediéndose análogamente para P2. No obstante lo anterior, de ser la calificación de alguna de las tres partes menor que 4, la nota NE no podrá ser mayor de 4. La nota de las prácticas de laboratorio (NP) se obtiene de la evaluación del informe presentado. La superación de las prácticas es obligatoria. Los alumnos que no superen las prácticas no podrán presentarse a realizar el examen final. La nota del trabajo en grupo (NTG) se obtiene de la evaluación del informe presentado. La nota final de la asignatura (NF) se calcula de acuerdo a las siguientes expresiones: Si la nota de examen es NE 5: Si la nota de examen es NE < 5: Para superar la asignatura se debe cumplir que: NF = 0.8 NE NP NTG. NF = NE. el examen final esté aprobado (NE 5) y la nota final sea mayor o igual que 5 (NF 5) En las convocatorias extraordinarias el examen final consistirá en una sola prueba que abarcará el contenido total de la asignatura. Una vez que se han superado las prácticas, la nota obtenida se mantiene para todas las convocatorias siguientes. La nota del trabajo en grupo sólo se mantiene durante el curso académico vigente. 13