guía para diseño de trenes de aterrizaje de aeronaves pequeñas mediante ansys-catia

179 Pages·2015·6.18 MB·Spanish

by  Raúl Rangel Escobar

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN

“GUÍA PARA DISEÑO DE TRENES DE
ATERRIZAJE DE AERONAVES PEQUEÑAS
MEDIANTE ANSYS-CATIA”

TESINA
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN AERONÁUTICA

PRESENTA:
RANGEL ESCOBAR RAÚL

ASESORES:
ING. JULIO CESAR MILLÁN DÍAZ
ING. JUAN CARLOS TORRES ÁVILA

MÉXICO D.F. ABRIL DE 2015
“GUÍA PARA DISEÑO DE TRENES DE ATERRIZAJE DE AERONAVES PEQUEÑAS MEDIANTE ANSYS-CATIA”

Agradecimientos

 Deseo expresar mi gratitud a mi madre, Silvia.
A ti, mamá: la única persona en mi vida que a pesar de todos mis tropiezos y
defectos como persona, ha creído en mí y me ha apoyado incansablemente. Te
dedico esta tesina, al igual que todos mis futuros logros, pues a pesar de que mi
papá no pudo estar con nosotros, saliste adelante profesionalmente, al tiempo que
me criabas y me dabas una buena educación. No existen palabras suficientes
para expresar mi admiración hacia ti, así que sólo diré: gracias, Ma. Eres increíble.

 Agradezco a mi familia.
A mi tía Claudia, quien me apoyó en gran medida, y por un tiempo me dio un lugar
donde vivir para estar más cerca de la escuela. A mis tías Eva, Teresa, Rocío y
Cristina, quienes estuvieron ahí para mí en todas las ocasiones que hizo falta. A
mi abuelita, Jacinta, quien me enseñó que perderse no es necesariamente una
calamidad, sino una oportunidad de encontrar otro camino. Y a mis primos, por
sacarme una sonrisa con sus chistes malos.

 A mis amigos y compañeros
A Rex, con quien compartí clases, proyectos y tiempo en la escuela. Gracias, ex
roomie, por hacer más amenos los días de exámenes, por divertirnos juntos
cocinando, por disfrutar junto conmigo a Murakami y a Larsson, y por ser Infame.
Y sobre todo, por demostrar que no es posible pasar largo tiempo enojado con los
amigos verdaderos, (por no mencionar que te pueden perdonar que los hagas
accidentalmente famosos). “Sé una reina de Palacio”, pero sólo con la Ingeniería.
También le agradezco a Alan Solís, Valeria Ramírez, y a Saúl Solís. Igualmente,
le agradezco a la profesora Ing. María de los Ángeles Nieto por sus pláticas y
consejos.

Y finalmente, le doy las gracias a aquellos que decidieron “removerse de la
ecuación”, pues me enseñaron una lección importante: soy capaz de alcanzar
metas por mi propia cuenta.
- Raúl Rangel Escobar

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RESUMEN

El presente trabajo resume las nociones generales, los arreglos y tipos comunes de los Trenes de
Aterrizaje, así como una descripción de la construcción típica de éstos. A continuación, se detalla
el modelado y ensamble, paso a paso, de la sección de amortiguador de un tren de aterrizaje
principal de una aeronave genérica, en el software de diseño asistido por computadora CATIA.
Posteriormente, se exponen las condiciones y características de la simulación del modelo en el
software de análisis ANSYS, así como los detalles del pre procesamiento. Por medio de los
resultados de la simulación, se averiguarán las zonas con esfuerzos y deformaciones principales
del ensamble, entre otros indicadores de su comportamiento mecánico.

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ABSTRACT

In this paper, are summarized the general notions, the common arrangements and types of Landing
Gears, as well as a description of their typical layout. Afterwards, the modeling and assembly of the
main landing gear dampening section from a generic aircraft, in the CAD software CATIA, is
detailed, step-by-step. Then, are deployed the conditions and features of the model simulation on
the engineering software ANSYS, besides the pre-processing specifications. Through the
simulation solutions, the maximum (principal) strain and stress areas on the assembly are located,
among other mechanical behavior parameters.

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ÍNDICE

RESUMEN ..................................................................................................................................... 3
ABSTRACT ................................................................................................................................... 4
ÍNDICE ........................................................................................................................................... 5
GLOSARIO DE TÉRMINOS ....................................................................................................... 8
GLOSARIO DE ACRÓNIMOS.................................................................................................. 11
GLOSARIO DE SÍMBOLOS ..................................................................................................... 12
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. 13
LISTA DE TABLAS ..................................................................................................................... 18
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 19
JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................................... 20
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................... 21
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................... 22
HIPÓTESIS ................................................................................................................................. 23
ALCANCE .................................................................................................................................... 24
METODOLOGÍA ......................................................................................................................... 25
DESCRIPCIÓN DE CAPÍTULOS ............................................................................................. 26
CAPÍTULO I - MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 27
ANTECEDENTES DE CATIA Y ANSYS ............................................................................... 28
CRONOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE CATIA ............................... 28
CRONOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS DE ANSYS ........................................................ 31
EL TREN DE ATERIZAJE ......................................................................................................... 33
ANTECEDENTES .................................................................................................................. 33
ARREGLOS COMUNES DE LOS TRENES DE ATERRIZAJE ...................................... 33
TIPOS DE TRENES DE ATERRIZAJE ............................................................................... 36
CONSTRUCCIÓN DEL TREN DE ATERRIZAJE ............................................................. 38
CAPITULO II – MODELADO EN CATIA ..................................................................................... 42
....................................................................................................................................................... 42
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INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 43
CARACTERÍSTICAS DEL MODELO ...................................................................................... 43
MODELADO DEL SHIM ............................................................................................................ 44
MODELADO DEL AXLE ............................................................................................................ 49
MODELADO DEL BRAKE DISC COVER PLATE ................................................................. 56
MODELADO DEL SPRING STRUT ........................................................................................ 61
SECCIÓN A: CUERPO .......................................................................................................... 61
SECCIÓN B: SOPORTE SUPERIOR ................................................................................. 68
SECCIÓN C: SOPORTE INFERIOR ................................................................................... 73
OPERACIONES DE ACABADO .......................................................................................... 77
ENSAMBLE DEL MODELO ...................................................................................................... 86
CAPÍTULO III - ANÁLISIS ESTRUCTURAL EN ANSYS ......................................................... 93
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 94
DETERMINACIÓN DE LA CARGA ......................................................................................... 94
CARGA TOTAL ....................................................................................................................... 94
CARGA EN TREN PRINCIPAL ............................................................................................ 95
CARACTERÍSTICAS DEL ANÁLISIS ................................................................................... 106
DATOS DE INGENIERÍA .................................................................................................... 106
GEOMETRÍA ......................................................................................................................... 107
MALLADO .............................................................................................................................. 107
CONFIGURACIÓN DE CARGAS Y SOPORTES ........................................................... 108
SOLUCIÓN ............................................................................................................................ 109
PRE PROCESAMIENTO ........................................................................................................ 109
DATOS DE INGENIERÍA .................................................................................................... 110
GEOMETRÍA ......................................................................................................................... 114
MALLADO .............................................................................................................................. 114
CONFIGURACIÓN DE CARGAS Y SOPORTES ........................................................... 116
SOLUCIÓN ............................................................................................................................ 120
RESULTADOS ...................................................................................................................... 121
RESULTADOS .............................................................................................................................. 130
CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 135
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................. 140
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ANEXO A: PLANO DEL MODELO ............................................................................................ 141
ANEXO B: EXTRACTO DEL PROJECT REPORT DEL ANÁLISIS ..................................... 144
CASO: ESTADO ESTÁTICO .................................................................................................. 145
CASO: MOMENTO DEL DESPEGUE .................................................................................. 147
ANEXO C: GRÁFICOS DE LOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS ........................................ 149
ANÁLISIS DEL MODELO EN ESTADO ESTÁTICO .......................................................... 151
ANÁLISIS DEL MODELO EN EL MOMENTO DEL DESPEGUE ..................................... 165

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GLOSARIO DE TÉRMINOS

 Árbol: estructura que engloba en orden jerárquico todas las operaciones y elementos que
conforman cualquier sketch, parte o producto, entre otros, producido en cualquier
plataforma de Dassault Systèmes. Por defecto, se ubica la zona superior izquierda de la
ventana principal del software en uso.
 Arranque (de Programa): Periodo de carga en la memoria RAM de las diferentes
bibliotecas y módulos requeridos para ejecutar un programa.
 Axis: en español, Eje. Cualquier elemento lineal perteneciente a un sistema de
coordenadas o a cualquier objeto o plano, utilizado como referencia para operaciones
como extrusión o Shafts.
 Barra: representación gráfica cuadrangular del conjunto de operaciones u opciones
disponibles, dentro de un software, ordenadas de acuerdo a su función.
 Barra de Tareas: conjunto de menús contextuales ubicado en la zona superior de la
ventana principal del software.
 Barreno: orificio cilíndrico creado mediante una operación de maquinado. Normalmente
empleados para uniones no permanentes en dispositivos mecánicos.
 Biblioteca: conjunto de opciones disponibles para un fin determinado, incluido en el
software para mayor conveniencia del usuario.
 Boceto: trazo “a mano alzada”, sin restricciones ni consideración de las adecuadas
proporciones, utilizado como base del sketch.
 Boolean Operation: operación especial basada en la sobreposición de dos o más objetos,
con el fin de crear uno nuevo a partir de la remoción, adición, intersección, etc. Su utilidad
radica en la posibilidad de crear un objeto de geometría compleja a partir de objetos más
simples.
 Brújula: representación gráfica del sistema de ejes local, y de los planos derivados de los
mismos.
 Código: secuencia de instrucciones escritas en lenguaje de programación informático.
 Configuración: conjunto de especificaciones orientadas a definir una operación,
programa, acción, etc.
 Constraint: en español: Restricción. Configuración que establece una relación entre dos o
más elementos, objetos, planos, piezas, etc. Su propósito es dar forma al producto, según
la intención de diseño, y evitar modificaciones indirectas o involuntarias durante el proceso
de modelado.
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 Cuerda: sección de algunos elementos mecánicos cilíndricos, caracterizada por presentar
una hélice extruida, cuya finalidad es la de generar uniones no permanentes con otros
elementos mecánicos.
 Dinámica de Fluidos: rama de la Mecánica orientada al estudio del comportamiento de la
materia en estado no sólido (gases y líquidos), en movimiento.
 Dress-Up Feature: operación de adición de material.
 Elemento Finito: denominación más común del Análisis por Elemento Finito. Herramienta
basada en métodos numéricos, utilizada ampliamente en ingeniería para solucionar, por
medio de programas informáticos, problemas de mecánica, termodinámica, dinámica de
fluidos, etc.
 Extrusión: operación de creación de elementos de sección transversal fija.
 Fuselaje: estructura central de la aeronave, de geometría alargada y sección transversal
amplia, en la cual se acoplan las estructuras restantes.
 Fusible Plug: dispositivo de la rueda de la aeronave lleno de un material con un punto de
fusión específico. Si el punto de fusión es alcanzado debido al calor del sistema de
frenado, el contenido del fusible plug se fundirá y desinflará la llanta.
 Ingeniería Inversa: proceso orientado a conocer el proceso de diseño de un producto,
partiendo de un objeto terminado o existente.
 Línea de Construcción: tipo de trazo cuya función es el mero apoyo visual en la
construcción de sketches.
 Menú Contextual: menú representado mediante una lista, la cual emerge al hacer clic en
un determinado ítem.
 Metering Pin: dispositivo de control de fluido utilizado para restringir progresivamente el
paso de fluido de una cámara a otra, suavizando el impacto durante el aterrizaje. La
geometría o contorno de éste dispositivo determina la cantidad de fluido que puede
moverse.
 Modelado: proceso que integra todos los trazos y operaciones, orientado a la obtención de
una pieza.
 Módulo: conjunto de funciones y operaciones de naturaleza similar, que se integran en un
entorno gráfico.
 Nube: concepto de almacenamiento, transferencia y manipulación de información, cuyo
alojamiento no se localiza en el dispositivo del usuario, sino en uno o más servidores
remotos. Su principal beneficio es el acceso a los archivos desde cualquier dispositivo
electrónico, vía internet.
 Origen: intersección entre los ejes principales de un espacio bi o tridimensional.
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