Guía de Aprendizaje Información al estudiante Datos Descriptivos ASIGNATURA: Diseño, Cálculo y Certificación de Aeronaves MÓDULO: Aeronaves y Vehículos Espaciales CRÉDITOS EUROPEOS: 4 CARÁCTER: OBE COM (Obligatoria común) TITULACIÓN: Máster Universitario en Ingeniería Aeronáutica CURSO/SEMESTRE 1º curso / 2º semestre ESPECIALIDAD: - CURSO ACADÉMICO 2014-2015 PERIODO IMPARTICION IDIOMA IMPARTICIÓN Septiembre Enero Febrero - Junio X Sólo castellano Sólo inglés Ambos X Guía DCCA Curso 2014 2015 1
DEPARTAMENTO: Aeronaves y Vehículos Espaciales PROFESORADO NOMBRE Y APELLIDO (C = Coordinador) Cristina Cuerno Rejado Alfredo López Díez Rodrigo Martínez-Val Emilio Pérez Cobo (C) Luis Pablo Ruiz Calavera DESPACHO Laboratorio de Ensayo de Aeronaves Laboratorio de Ensayo de Aeronaves Laboratorio de Ensayo de Aeronaves Laboratorio de Ensayo de Aeronaves Laboratorio de Ensayo de Aeronaves Correo electrónico cristina.cuerno@upm.es alfredo.ldiez@upm.es rodrigo.martinezval@upm.es emilio.perez@upm.es luis.ruiz.calavera@upm.es CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS PARA PODER SEGUIR CON NORMALIDAD LA ASIGNATURA ASIGNATURAS Aerodinámica Avanzada SUPERADAS Dinámica del Vuelo Guía DCCA Curso 2014 2015 2
Objetivos de Aprendizaje COMPETENCIAS Y NIVEL ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Código COMPETENCIA NIVEL * Competencias específicas: CE-VA-1 CE-VA8 CE-VA9 CE-VA10 CG1 CG3 CG4 CG5 CG6 CG7 CG8 Aptitud para proyectar, construir, inspeccionar, certificar y mantener todo tipo de aeronaves y vehículos espaciales. Conocimientos y capacidades para el Análisis y el Diseño Estructural de las Aeronaves y los Vehículos Espaciales, incluyendo la aplicación de programas de cálculo y diseño avanzado de estructuras. Capacidad para diseñar, ejecutar y analizar los Ensayos en Tierra y en Vuelo de los Vehículos Aeroespaciales, y para llevar a cabo el proceso completo de Certificación de los mismos. Conocimiento adecuado de los distintos Subsistemas de las Aeronaves y los Vehículos Espaciales. Competencias generales: Capacidad para proyectar, construir, inspeccionar, certificar y mantener todo tipo de aeronaves y vehículos espaciales, con sus correspondientes subsistemas. Capacidad para la dirección general y la dirección técnica de proyectos de investigación, desarrollo e innovación, en empresas y centros tecnológicos aeronáuticos y espaciales. Capacidad de integrar sistemas aeroespaciales complejos y equipos de trabajo multidisciplinares. Capacidad para analizar y corregir el impacto ambiental y social de las soluciones técnicas de cualquier sistema aeroespacial. Capacidad para el análisis y la resolución de problemas aeroespaciales en entornos nuevos o desconocidos, dentro de contextos amplios y complejos. Competencia para planificar, proyectar, gestionar y certificar los procedimientos, infraestructuras y sistemas que soportan la actividad aeroespacial, incluyendo los sistemas de navegación aérea. Competencia para el proyecto de construcciones e instalaciones aeronáuticas y espaciales, que requieran un proyecto integrado de conjunto, por la diversidad de sus tecnologías, su complejidad o por los amplios conocimientos técnicos necesarios. Guía DCCA Curso 2014 2015 3
CG9 CG10 CG11 CG12 CG13 CG14 CG15 CG16 Competencia en todas aquellas áreas relacionadas con las tecnologías aeroportuarias, aeronáuticas o espaciales que, por su naturaleza, no sean exclusivas de otras ramas de la ingeniería. Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión de Ingeniero Aeronáutico. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación. Aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio. Ser capaz de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios. Comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades. Poseer las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo. Capacidad de integrar el respeto al medio ambiente como actitud general en la gestión y el desempeño de sus actividades. Competencias transversales: CT1 Capacidad para comprender los contenidos de clases magistrales, conferencias y seminarios, así como cualquier información y documentación en lengua inglesa. CT2 Capacidad para dinamizar y liderar equipos de trabajo multidisciplinares. CT3 Capacidad para adoptar soluciones creativas que satisfagan adecuadamente las diferentes necesidades planteadas. CT4 Capacidad para trabajar de forma efectiva como individuo, organizando y planificando su propio trabajo, de forma independiente o como miembro de un equipo. Capacidad para gestionar la información, identificando las CT5 fuentes necesarias, los principales tipos de documentos técnicos y científicos, de una manera adecuada y eficiente. CT6 Capacidad para emitir juicios sobre implicaciones económicas, administrativas, sociales, éticas y medioambientales ligadas a la aplicación de sus conocimientos. CT7 Capacidad para trabajar en contextos internacionales. * 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 () y Crítica (CR) Guía DCCA Curso 2014 2015 4
Código RA2 RA4 RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Conocimiento, comprensión, aplicación, análisis y síntesis de los métodos de diseño, dimensionado y proyecto de aeronaves Conocimiento, comprensión, aplicación, análisis y síntesis de los métodos y del proceso de certificación de aeronaves Conocimiento, comprensión, aplicación, análisis y síntesis de los métodos de diseño estructural de aeronaves Conocimiento, comprensión, aplicación, análisis y síntesis de los métodos de ensayos en tierra y en vuelo para la certificación de aeronaves Guía DCCA Curso 2014 2015 5
Contenidos y Actividades de Aprendizaje CONTENIDOS ESPECÍFICOS (TEMARIO) TEMA / CAPÍTULO 1. Carácter iterativo del diseño en el proyecto de un avión 2. Métodos de cálculo de costes y precio de un avión 3. Criterios de diseño y dimensionado del fuselaje 4. Estimaciones de la polar del avión 5. Estimación del peso de los componentes del avión 6. Evaluación del punto de diseño inicial 7. Análisis del diagrama carga de pago-alcance 8. Estimación del C Lmax del avión en sus distintas configuraciones 9. Características másicas del avión 10. Estimaciones del tamaño de las superficies de cola 11. Diseño conceptual de la arquitectura del fuselaje APARTADO Programa de la asignatura Fases del proyecto Diseños conceptual y preliminar Iteración y optimización del diseño Variables operativas y de diseño con impacto económico relevante Coste directo de operación Precio del avión Coste del ciclo vital Criterios de diseño asociados a la resistencia aerodinámica Criterios de diseño asociados a la carga de pago Dimensionado rápido de cabina, bodegas y fuselaje Polar no equilibrada Analogía de la placa plana Resistencia de onda, de interferencia e inducida Polar equilibrada del avión Modelizaciones parabólica y polinómica Estimación inicial de MTOW, OEW, PL, TF y RF Estimación de los pesos de ala y fuselaje Estimación de los pesos de otros componentes Punto de diseño inicial: motor y superficie alar Relación del MTOW con la carga alar y el cociente empuje/peso Efecto de la relajación de las especificaciones iniciales Puntos característicos del diagrama PL-R Modificaciones del diagrama por cambios en OEW, MPL, MTOW y MFW Capacidad de transporte y utilización real de los aviones Estimación del C Lmax del avión en configuración limpia, baja velocidad y crucero Requisitos de despegue y aterrizaje Restricciones operativas en crucero (bataneo, etc) Centrado inicial del avión Evaluación del centrado Momentos de inercia en balance, cabeceo y guiñada Determinación rápida a partir de los coeficientes de volumen Efectos de los requisitos de control longitudinal y de balance-guiñada Efectos de restricciones simultáneas Principales cargas sobre el fuselaje Tipología estructural (semimonocasco reforzada con cuadernas) Espaciado entre cuadernas, espesor del revestimiento y Indicadores relacionados Guía DCCA Curso 2014 2015 6
12. Diseño conceptual de la arquitectura del ala y las superficies de cola 13. Diseño del sistema amortiguador del tren de aterrizaje 14. Dimensionado del sistema amortiguador 15. Dimensionado de componentes estructurales 16. Diseño de paneles 17. Diseño estructural de uniones entre componentes estructurales 18. Proceso de certificación 19. Ensayos 20. Investigación de accidentes espaciado entre larguerillos Principales cargas sobre el ala y superficies de cola Estructura primaria y estructura secundaria Dimensionado del cajón de torsión del ala Especificidades de las superficies de cola Elementos que componen una pata del tren de aterrizaje Condiciones críticas para el diseño y posición de las patas del tren Ecuaciones de funcionamiento del sistema amortiguador Selección de las variables de diseño de un amortiguador oleo-neumático Caso de diseño del alma de un larguero Caso de diseño de un revestimiento de extradós Otros casos Tensión diagonal pura Tensión diagonal incompleta Estabilidad de columnas y chapas Estabilidad de paneles Tipos de uniones Uniones mecánicas desmontables y no desmontables Modos de fallo de uniones mecánicas Concepto de aeronavegabilidad Autoridades competentes y tipos de códigos Certificación inicial de la aeronavegabilidad Mantenimiento de la aeronavegabilidad Organizaciones de diseño y producción Ensayos en vuelo (Subparte B) Ensayos estructurales (Subparte C) Ensayos del tren de aterrizaje Ensayos de impacto Otros tipos de ensayos Seguridad aérea Datos y estadísticas Marco normativo internacional, europeo y nacional Caso de estudio de un informe final de accidente RA2 RA4 RA2 Guía DCCA Curso 2014 2015 7
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ORGANIZATIVAS UTILIZADAS Y METODOS DE ENSEÑANZA EMPLEADOS CLASES DE TEORIA CLASES DE 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 utilizarán profusamente presentaciones con ordenador dada la gran carga visual que tienen los conceptos a tratar, tales como partes del avión, esquemas, manuales, etc. 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 prácticas de laboratorio El trabajo autónomo de los alumnos consistirá, fundamentalmente, en revisar y repasar los temas tratados en las lecciones magistrales, terminar los problemas propuestos en las clases de problemas, trabajar sobre ejercicios y trabajos cuyos enunciados se hayan repartido, y completar los informes de las prácticas de laboratorio. Los alumnos realizarán en grupo problemas en el aula, las prácticas de laboratorio y los informes derivados de éstas. Los profesores estarán disponibles en sus despachos para atender las consultas de los alumnos durante las horas establecidas. Guía DCCA Curso 2014 2015 8
RECURSOS DIDÁCTICOS BIBLIOGRAFÍA RECURSOS WEB EQUIPAMIENTO Cuerno Rejado, C. Aeronavegabilidad y Certificación de Aeronaves. Editorial Paraninfo, Madrid, 2008. Niu, M.C. Airframe structural design: practical design information and data on aircraft structures. Conmilit.1999 Raymer, D.P. Aircraft design: a conceptual approach, 4ª edición. AIAA, Reston, VA, EEUU, 2006 Roskam, J. Airplane design (8 volúmenes). Roskam Aviation, Ottawa, KS, EEUU, 1985-1988 Torenbeek, E. Advanced Aircraft Design: Conceptual Design, Technology and Optimization of Subsonic Civil Airplanes. John Wiley & Sons Inc. Chichester, West Sussex, UK, 2013 Torenbeek, E. Synthesis of subsonic airplane design. Delft University Press, Delft, Países Bajos, 1982 Especificaciones de Certificación europeas de EASA: http://easa.europa.eu/document-library/certification-specifications Regulaciones Federales de Aviación de la FAA (EE.UU.): http://www.faa.gov/regulations_policies/faa_regulations/ 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, grupos de prácticas y otra información relevante. El Laboratorio de Ensayo de Aeronaves dispone de aeronaves y equipos suficientes para las prácticas de laboratorio previstas en la planificación docente. 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. Guía DCCA Curso 2014 2015 9
Cronograma de trabajo de la asignatura Semana 1 a 15 Junio Julio Actividades Aula Temas 1 a 20 Problemas Laboratorio Prácticas Trabajo Individual Estudiar teoría Completar problemas Preparar prácticas Trabajo en Grupo Resolución de problemas en clase por grupos. Realización de las prácticas y los informes correspondientes Actividades Evaluación Preguntas en el aula Examen final o prueba final global Examen final o prueba final global Otros Guía DCCA Curso 2014 2015 10
Sistema de evaluación de la asignatura EVALUACION Ref INDICADOR DE LOGRO Relacionado con RA: T1 a T20 NP Obtener una nota igual o mayor a 5.0 por el sistema de evaluación continua o por el de solo examen final Haber realizado las prácticas de laboratorio y presentar y aprobar el informe correspondiente 1-4 3-4 EVALUACION SUMATIVA BREVE DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES EVALUABLES MOMENTO LUGAR Preguntas durante el curso Evaluación continua + Aulas de prueba final docencia y global aulas de coincidiendo examen con el examen final de la convocatoria ordinaria Solo examen final Solo examen final Convocatoria ordinaria de junio Convocatoria extraordinaria de julio Aulas de examen Aulas de examen PESO EN LA CALIFICACIÓN Hasta un máximo del 30% para las preguntas durante el curso. Resto hasta el 90% para la prueba final global Informe de prácticas 10% 90% 90% Guía DCCA Curso 2014 2015 11
CRITERIOS DE CALIFICACIÓN La nota final del curso (NF) se compone de las siguientes partes: Nota examen final o de la evaluación continua (NE) Nota de prácticas (NP) 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 final de la asignatura (NF) se calcula de acuerdo a las siguientes expresiones: Si NE 5: Si NE < 5: Para superar la asignatura se debe cumplir que: NF = 0,9 NE + 0,10 NP NF = NE NE 5 y NF 5 Una vez que se han superado las prácticas, la nota NP obtenida se mantiene para todas las convocatorias siguientes. Guía DCCA Curso 2014 2015 12