Estudio Y Modelado En CATIA V5 R19 Del Wright Flyer I: Monorraíl Y Sistema Propulsor (Hélices)

Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Aeronáutica

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Autor: María Josefa Barragán González Tutores: María Gloria Del Río Cidoncha Juan Martínez Palacios

Dep. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, ENERO 2016

Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Aeronáutica

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Autor:

María Josefa Barragán González

Tutores:

María Gloria del Río Cidoncha

Juan Martínez Palacios

Dep. Ingeniería Gráfica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2016

“Desentrañar el misterio del vuelo de un pájaro fue como tratar de averiguar el secreto de la magia de un mago. Tras conocer el truco y saber qué mirar, ves cosas que no habías notado cuando no sabías exactamente qué buscar” _ Orville Wright

A todos aquellos que han hecho posible este proyecto

RESUMEN

“Estudio y Modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)” forma parte de un proyecto propuesto para recrear el aeroplano construido por los hermanos Wright en 1903 (el Flyer I) y estudiar en detalle sus componentes.

Este proyecto contiene un estudio de la vida e inventos de los hermanos Wright, centrado en el monorraíl y el sistema propulsor que utilizaban, basado en el libro “How We Invented the Airplane: An Illustrated History” [1].

También incluye una reproducción virtual en CATIA del monorraíl utilizado por el Flyer I y de su sistema propulsor modelada a partir del conjunto de planos National Air and Space Museum Drawings [2].

ABSTRACT

"Study and modeling in CATIA V5 R19 of the Wright Flyer I: monorail and propulsion system (propellers)" is part of a proposed project to recreate the airplane built by the Wright brothers in 1903 (the Flyer I) and study in detail its components.

This project contains a study of the Wright brothers’ life and inventions focused on the monorail and the propellant system used, based on the book "How We Invented the Airplane: An Illustrated History" [1].

It also includes a virtual reproduction of the monorail in CATIA used by the Flyer I and its propulsion system modeled after the set National Air and Space Museum Drawings [2].

ÍNDICE

Resumen i Abstract ii Índice iii Índice de Tablas v Índice de Figuras vii Notación x 1 Introducción 1 2 Los hermanos Wright 3 2.1 Breve contexto histórico 4 2.2 Infancia y juventud 5 2.3 Influencias 6 2.4 El problema de volar 7 2.5 Pruebas y primeros modelos 9 2.5.1 Planeador de 1900 9 2.5.2 Planeador de 1901 11 2.5.3 Túnel de viento 13 2.5.4 Planeador de 1902 14 2.6 Primera máquina voladora a motor y modificaciones 16 4.5.1 Modificaciones del Flyer I 18 2.7 Los frutos de la invención 19 2.7.1 Pleitos 20 2.8 Vida en solitario de Orville Wright 21 3 Monorraíl y sistema propulsor (hélices) de los hermanos Wright 23 3.1 Monorraíl 23 3.2 Sistema propulsor (hélices) 26 4 Herramienta de CAD: CATIA V5 31 4.1 Tecnologías asistidas por ordenador 31 4.2 Tecnologías CAD, CAE y CAM 33 4.2.1 Análisis comparativo de herramientas informáticas CAD/CAM/CAE 36 4.3 Selección del software 36 4.4 CATIA V5 39 4.4.1 Módulo Sketcher [47] 41 4.4.2 Módulo Part Design [47] 44 4.4.3 Módulo Assembly Design [47] 46 4.4.4 Otras herramientas y opciones [47] 48 5 Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5 55 5.1 Monorraíl y plataforma móvil portadora 55 5.1.1 Plataforma móvil 55 5.1.2 Rueda 59 5.1.3 Monorraíl 60 5.2 Sistema propulsor (hélices) 61 5.2.1 Palas 62 5.2.2 Eje de la hélice e instalación 67 5.2.3 Piñones 72 5.2.4 Cadenas 78

iii

5.2.5 Tirantes 83 5.2.6 Estructura de sujeción 85 6 Conclusiones 117 6.1 Estudio de los hermanos Wright: monorraíl y hélices 117 6.2 Interpretación de planos 118 6.3 Uso del software 119 6.4 Herramientas para la generación de taladros 121 7 Posibles mejoras 123 8 Aplicaciones futuras 125 Anexo 1: Listado de planos 127 Anexo 2: Definiciones de algunas CAx´s 129 Anexo 3: Softwares de CAD 133 Anexo 4: Compañías que usan los softwares de CAD más populares 139 Referencias 143

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Listado de planos [2] utilizados para el modelado ...... 1 Tabla 2. Datos de los primeros vuelos del Flyer I de los hermanos Wright [3][21] ...... 17 Tabla 3. Fechas y duraciones de los vuelos más largos realizados con la máquina de 1904 [1] ...... 18 Tabla 4. Datos de vuelos destacados de Wilbur Wright de 1909 en América [1] ...... 20 Tabla 5. Herramientas de CAx [36] [39] ...... 33 Tabla 6. Programas de CAD/CAM/CAE escogidos tras el estudio [37] ...... 36 Tabla 7. Herramientas informáticas seleccionadas según campo de aplicación [37] ...... 36 Tabla 8. Softwares de CAD más populares [42] ...... 37 Tabla 9. Programas de CAD de aplicación en compañías del sector aeronáutico ...... 38 Tabla 10. Profesionales expertos en distintos softwares que trabajan en Boeing ...... 38 Tabla 11. Módulos destacados del taller Mechanical Design [47] ...... 40 Tabla 12. Módulos dedicados al diseño que no pertenecen al taller Mechanical Design [47] ...... 40 Tabla 13. Información recogida por los archivos más utilizados de CATIA V5 [47] ...... 41 Tabla 14. Compatibilidad entre los módulos de diseño de CATIA V5 más utilizados [47] ...... 41 Tabla 15. Restricciones dimensionales [47] ...... 43 Tabla 16. Restricciones geométricas [47] ...... 43 Tabla 17. Código de colores (por defecto) para el estado de los elementos de un Sketcher [47] ...... 44 Tabla 18. Herramientas utilizadas de la paleta Constraint del módulo Assembly Design ...... 47 Tabla 19. Aplicaciones del ratón a la visualización de piezas ...... 51 Tabla 20. Perno y tornillos de la plataforma móvil ...... 57 Tabla 21. Tuercas de la plataforma móvil ...... 57 Tabla 22. Tornillos de un tramo de monorraíl ...... 60 Tabla 23. Tuercas de un tramo de monorraíl ...... 60 Tabla 24. Tuercas por cada eje de hélice ...... 68 Tabla 25. Arandelas por cada eje de hélice ...... 70 Tabla 26. Pasadores por cada eje de hélice ...... 71 Tabla 27. Datos para el cálculo del diámetro primitivo ...... 74 Tabla 28. Cadenas de transmisión para las hélices ...... 79 Tabla 29. Tirantes de fijación de las hélices ...... 83 Tabla 30. Lámina de estaño de los tirantes de fijación de las hélices [2]...... 85 Tabla 31. Cálculo de vueltas recorrido por las láminas de los tirantes de fijación de las hélices ..... 85 Tabla 32. Elementos roscados de la abrazadera de ajuste ...... 88 Tabla 33. Diámetros exteriores de los tubos A-A de l carcasa guía izquierda [2] ...... 105 Tabla 34. Longitudes de los tubos de los nudos de unión de la estructura de sujeción principal ... 112 Tabla 35. Datos que distinguen a los tubos de las piezas de fijación de los nudos de unión ...... 112 Tabla 36. Notación de elementos que conectan el recubrimiento del eje de la hélice con las alas 113 Tabla 37. Altura de las horquillas de la estructura de sujeción principal ...... 113 Tabla 38. Datos de las estructuras tubulares de fijación principal ...... 113 Tabla 39. Softwares de Sketching 2D [42]...... 133 Tabla 40. Softwares de Drafting 2D [42] ...... 133 Tabla 41. Softwares de renderizado y modelado 3D [42] ...... 133 Tabla 42. Softwares de modelado poligonal 3D y renderizado [42]...... 135 Tabla 43. Compañía que ofrece software para modelado 3D basado en vóxel y renderizado [42] . 135 Tabla 44. Softwares libres de modelado 3D [42] ...... 135 Tabla 45. Softwares de modelado 3D hápticos [42] ...... 135 Tabla 46. Softwares destinados a la Ingeniería Asistida por Ordenador (CAE) [42] ...... 135

Tabla 47. Softwares de Ingeniería inversa (RE) [42] ...... 136 Tabla 48. Softwares para conversión de archivos [42] ...... 136 Tabla 49. Compañía que ofrece extensiones de softwares [42] ...... 136 Tabla 50. Software de prototipado rápido (RP) [42] ...... 136 Tabla 51. Software de sistemas CAD/CAM [42]...... 136 Tabla 52. Softwares para renderizado y visualización [42] ...... 137 Tabla 53. Softwares libres para renderizar [42] ...... 138 Tabla 54. Softwares para realizar animaciones y simulaciones [42] ...... 138

ÍNDICE DE FIGURAS

Ilustración 1. Wilbur y Orville Wright [11] ...... 3 Ilustración 2. Banco de pruebas de Maxim tras el accidente de 1894 [12] ...... 4 Ilustración 3. Helicóptero de Pénaud [17] ...... 5 Ilustración 4. Lilienthal antes de despegar su pequeño planeador de ala batiente en 1894 [18] ...... 6 Ilustración 5. Animación explicativa de la solución adoptada por los hermanos Wright [19] ...... 8 Ilustración 6. Planeador de 1900 volando a modo de cometa [1] ...... 9 Ilustración 7. Planeador de 1901 [1] ...... 12 Ilustración 8. Reconstrucción del túnel de viento construido por los hermanos Wright en 1901 [1] .. 13 Ilustración 9. Reconstrucción del aparato de testeo construido para el túnel de viento de 1901 [1] .. 14 Ilustración 10. Planeador de 1902 volado a modo de cometa [1] ...... 15 Ilustración 11. Planeador de 1902 tras la modificación de octubre [1] ...... 16 Ilustración 12. Primer vuelo del Flyer I bajo el control de Orville Wright [1] ...... 18 Ilustración 13. Vista frontal del Flyer I sobre el monorraíl de lanzamiento [1] ...... 23 Ilustración 14. Ubicación del eje que guía al aeroplano por el riel (indicación sobre imagen [6]) ...... 24 Ilustración 15.Catapulta utilizada durante el despegue en 1901 en Fort Myer (FUENTE) ...... 25 Ilustración 16. Elementos de la catapulta utilizada en los prados de Huffman [27] ...... 25 Ilustración 17. Reproducción de las hélices de los hermanos Wright utilizadas desde 1911 (izquierda) hasta 1903 (derecha)[34] ...... 29 Ilustración 18. Tecnologías aplicadas a cada fase del ciclo de un producto [39] ...... 33 Ilustración 19. Ciclo típico de un producto (indica cuándo se aplica CAD,CAE y CAM) [41] ...... 34 Ilustración 20. Talleres de trabajo (izquierda) y módulos del taller Mechanical Design ...... 40 Ilustración 21. Paletas de herramientas utilizadas del módulo Sketcher ...... 42 Ilustración 22. Ubicación de la herramienta Sketch Analysis ...... 44 Ilustración 23. Paleta Sketch-Based Features del módulo Part Design ...... 44 Ilustración 24. Paleta Dress-Up Features del módulo Part Design ...... 45 Ilustración 25. Paleta Boolean Operations del módulo Part Design ...... 46 Ilustración 26. Paleta Transformations Features del módulo Part Design...... 46 Ilustración 27. Paleta Product Structure Tools del módulo Assembly Design ...... 47 Ilustración 28. Paleta Constraints del módulo Assembly Design ...... 47 Ilustración 29. Paleta Move del módulo Assembly Design ...... 47 Ilustración 30. Cuadro de parámetros de manipulación del módulo Assembly Design ...... 48 Ilustración 31. Paleta Space Analysis del módulo Assembly Design ...... 48 Ilustración 32. Ventana de unidades del cuadro principal de opciones de CATIA V5 ...... 49 Ilustración 33. Ejemplo de ventana de generación de parámetros ...... 50 Ilustración 34. Paleta Knowledge ...... 50 Ilustración 35. Ejemplo de ventana de introducción de fórmulas ...... 51 Ilustración 36. Compás ...... 51 Ilustración 37. Paleta View y submenús Quick view y View mode ...... 52 Ilustración 38. Paleta Render ...... 52 Ilustración 39. Ventana de control de iluminación ...... 53 Ilustración 40. Ventana de visualización del cuadro principal de opciones de CATIA V5 ...... 53 Ilustración 41. Plataforma móvil ...... 56 Ilustración 42. Detalle de la viga transversal de soporte ...... 57 Ilustración 43. Incongruencia entre cotas de alzado y perfil (indicaciones sobre plano [2]) ...... 58 Ilustración 44. Detalle de la placa metálica manteniendo la altura acotada de la pieza de madera . 58 Ilustración 45. Cambio del posicionamiento del eje de la rueda (plano [2] frente a modelado) ...... 58 Ilustración 46. Rueda y vista explotada del sistema ...... 59 vii

Ilustración 47. Monorraíl ...... 60 Ilustración 48. Detalle en planta del ensamblaje entre tramos de raíl (plano[2] frente a modelado) .. 61 Ilustración 49. Posición escalonada de los tablones que conforman las hélices [2] ...... 62 Ilustración 50. Hélice dañada del Flyer I recogida en el NASM [150] ...... 62 Ilustración 51. Secciones de la pala de la hélice ...... 63 Ilustración 52. Incongruencia en acotado de sección C-C de la pala (anotaciones sobre plano [2]) . 63 Ilustración 53. Líneas de referencia para la protrusión de la punta de pala ...... 64 Ilustración 54. Construcción de la sección F-F ...... 65 Ilustración 55. Secciones de la loneta de recubrimiento de las puntas de pala ...... 66 Ilustración 56. Bipala del Flyer I ...... 66 Ilustración 57. Eje de la hélice e instalación ...... 67 Ilustración 58. Tuerca que asegura el extremo frontal del eje con el piñón...... 69 Ilustración 59. Acotado insuficiente de la arandela de bloqueo (notaciones sobre plano [2]) ...... 69 Ilustración 60. Tipos de arandelas utilizadas en la implementación de las hélices. De izquierda a derecha: arandela de empuje, arandela de bloqueo y arandela convencional...... 70 Ilustración 61. Brida utilizada en la implementación de cada eje ...... 72 Ilustración 62. Piñón que transmite el movimiento de las cadenas al eje de la hélice ...... 73 Ilustración 63. Tipos de configuraciones de dentado de ruedas según la forma del diente [52] ...... 74 Ilustración 64. Análisis del acotado del piñón I (anotaciones sobre plano [2]) ...... 75 Ilustración 65. Análisis del acotado del piñón II (anotaciones sobre plano [2]) ...... 76 Ilustración 66. Análisis del acotado del piñón III (anotaciones sobre plano [2]) ...... 77 Ilustración 67. Piñón: comparativa entre plano del NASAM [2] y modelado en CATIA ...... 78 Ilustración 68. Sentido de giro de hélices y cadenas Indicaciones sobre plano [2] ...... 78 Ilustración 69. Elementos básicos de la cadena utilizada por el sistema propulsor (hélices) ...... 80 Ilustración 70. Requisito de diseño de la cadena [2] ...... 80 Ilustración 71. Detalle de acotado incompatible de la cadena (indicaciones sobre plano [2]) ...... 80 Ilustración 72. Nota descriptiva de la cadena (indicación sobre plano[2]) ...... 81 Ilustración 73. Correspondencia entre cotas de la cadena [2] ...... 81 Ilustración 74. Pared exterior de los eslabones de la cadena...... 81 Ilustración 75. Conjunto básico a partir del cual se monta la cadena ...... 82 Ilustración 76. Cadena derecha ...... 82 Ilustración 77. Distribución de tirantes de fijación de las hélices (anotaciones sobre plano [2]) ...... 83 Ilustración 78. Extremos de tirante de fijación de las hélices ...... 84 Ilustración 79. Parámetro "Longitud" de los tirantes de fijación (anotaciones sobre plano [2]) ...... 84 Ilustración 80. Configuración entre lámina y cable de los tirantes de fijación de las hélices ...... 84 Ilustración 81. Detalle del tirante de fijación de la hélice ...... 85 Ilustración 82. Estructura de sujeción del sistema propulsor (hélices) ...... 86 Ilustración 83. Elementos básicos de la estructura de sujeción de la cadena ...... 87 Ilustración 84. Abrazadera de ajuste de la estructura de sujeción de la cadena ...... 87 Ilustración 85. Detalle de ajuste entre abrazadera y carcasa guía...... 88 Ilustración 86. Abrazadera de ajuste antes y después de realizar la soldadura ...... 89 Ilustración 87. Colocación de las horquillas de la estructura de sujeción de las cadenas ...... 89 Ilustración 88. Horquilla de la estructura de sujeción de las cadenas ...... 90 Ilustración 89. Horquilla antes y después de realizar soldadura ...... 91 Ilustración 90. Adaptación entre tubo principal de la carcasa guía y la horquilla ...... 91 Ilustración 91. Detalle de boca de campana de los tubos guía ...... 92 Ilustración 92. Conjunto de ajuste derecho (incluye abrazadera de bloqueo) ...... 93 Ilustración 93. Detalle de abrazadera de bloqueo [2] ...... 93 Ilustración 94. Comparación entre conjuntos de ajuste derecho e izquierdo. Resaltada la abrazadera de bloqueo en el derecho [2] ...... 93

viii

Ilustración 95. Análisis en pulgadas del acotado de la abrazadera de bloqueo (anotaciones sobre plano [2]) ...... 94 Ilustración 96. Carcasa guía de la estructura de sujeción de la cadena derecha ...... 95 Ilustración 97. Tramos del tubo principal de la carcasa guía derecha ...... 96 Ilustración 98. Tramos del tubo guía de la carcasa guía derecha ...... 96 Ilustración 99. Detalle chaflán de los tubos guía ...... 96 Ilustración 100. Elementos auxiliares de la carcasa guía derecha ...... 97 Ilustración 101. Detalle de las pestañas de unión de la carcasa guía derecha [2] ...... 98 Ilustración 102. Carcasa guía de la estructura de sujeción de la cadena izquierda...... 98 Ilustración 103. Tramos del tubo principal de la carcasa guía izquierda ...... 99 Ilustración 104. Detalle unión entre tubo principal y de apoyo de la carcasa guía izquierda [2] ...... 99 Ilustración 105. Tramos del tubo de tensión de la carcasa guía izquierda ...... 100 Ilustración 106. Tramos del tubo cruzado de la carcasa guía izquierda ...... 100 Ilustración 107. Comparativa entre sección D-D en plano[2] y la obtenida en el modelado ...... 100 Ilustración 108. Comparativa entre sección C-C en plano[2] y la obtenida en el modelado ...... 101 Ilustración 109. Acotado insuficiente de la carcasa guía izquierda (anotaciones sobre plano [2]) ... 101 Ilustración 110. Sistema de rodamientos del tubo cruzado ...... 102 Ilustración 111. Perfil no cerrado representado en el plano del sistema de rodamientos [2] ...... 102 Ilustración 112. Vista explotada del sistema de rodamientos del tubo cruzado ...... 103 Ilustración 113. Denominación de los elementos auxiliares de la carcasa guía izquierda ...... 104 Ilustración 114. Placas utilizadas en la carcasa guía izquierda ...... 106 Ilustración 115. Detalle del doblez de la placa B-B de la carcasa guía izquierda ...... 106 Ilustración 116. Band F-F de la carcasa guía izquierda...... 107 Ilustración 117. Componentes de la estructura de sujeción principal ...... 108 Ilustración 118. Recubrimiento del eje de hélice derecho (arriba) e izquierdo (abajo) ...... 108 Ilustración 119. Elementos de los nudos de unión de la estructura de sujeción principal ...... 109 Ilustración 120. Modificación del diseño de un nudo de unión para evitar interferencias ...... 110 Ilustración 121. Elementos del engrasador ...... 110 Ilustración 122. Comparativa entre diseño normalizado [57] y recogido en plano [2] del engrasador 111 Ilustración 123. Nudos de unión de la estructura de sujeción principal ...... 111 Ilustración 124. Comparativa de las chapas de los nudos de unión de la estructura de sujeción principal ...... 112 Ilustración 125. Denominación de los tubos que incluye la estructura de sujeción principal ...... 114 Ilustración 126. Piezas de unión. De arriba abajo: RUB, RUC, RDB, RDC, LUA, LUC, LDA y LDC ...... 115 Ilustración 127. Intersección entre placas de la estructura de sujeción principal ...... 115 Ilustración 128. Trabajos ofertados relacionados con Autodesk Alias Design [64] ...... 139 Ilustración 129. Trabajos ofertados relacionados con Autodesk Inventor [65] ...... 139 Ilustración 130. Trabajos ofertados relacionados con CATIA [66] ...... 140 Ilustración 131. Trabajos ofertados relacionados con SolidWorks [67] ...... 140 Ilustración 132. Trabajos ofertados relacionados con Creo Parametric [68] ...... 141 Ilustración 133. Trabajos ofertados relacionados con Rhinoceros [69] ...... 141 Ilustración 134. Trabajos ofertados relacionados con Solid Edge [70] ...... 142 Ilustración 135. Trabajos ofertados relacionados con NX-Unigraphics [71] ...... 142

Notación

NASM National Air and Space Museum: Museo Nacional del Aire y el Espacio

NACA National Advisory Committee for Aeronautics: Comité Consejero Nacional para la Aeronáutica

NPS National Park Service: Servicio de Parques Nacionales

NASA National Aeronautics and Space Administration: Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio

MIT Massachusetts Institute of Technology: Instituto Tecnológico de Massachusetts

CAx Computer-aided technologies: Tecnologías asistidas por ordenador

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

1 INTRODUCCIÓN

“Modelado del Wright Flyer I” es un proyecto del departamento de Ingeniería Gráfica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla propuesto dentro de la rama “Recuperación del patrimonio arqueológico aeronáutico”.

Este proyecto nació a raíz de la propuesta de uno de los alumnos de dicha escuela que, interesado en el aeroplano construido por los hermanos Wright en 1903 (el denominado Wright Flyer I), compró un conjunto de cincuenta planos en detalle de dicho avión. Su intención era reproducir virtualmente esta máquina voladora propulsada a motor.

Debido a la importancia que tiene este aeroplano en la historia de la aviación, siendo considerado como el primer avión capaz de volar de manera controlada [3], se estudió dicha propuesta. Tras analizar el estado del arte, se determinó que ya se habían realizado reproducciones en tres dimensiones por ordenador del mismo [3][4][5][6][7][8][9][10]. Como consecuencia de dicho resultado, se concluyó que para poder ser aprobado este proyecto debería aportar algo más.

Fue entonces cuando se propuso el proyecto “Estudio y Modelado del Wright Flyer I”. Este incluiría un estudio de los sistemas de dicho avión por separado y una reconstrucción virtual de cada uno de ellos. Estos utilizarían como base del diseño del modelado el set National Air and Space Museum Drawings (1986,1990) [2], compuesto por cincuenta planos que serían facilitados por el alumno (consultar listado en “Anexo 1: Listado de planos”).

Con el fin de ofrecer algo diferente y ampliar las aplicaciones futuras del proyecto se determinó que el modelado del aeroplano se recogiera en el Sistema Internacional de Unidades imponiendo como requisito básico que se adaptasen todos los elementos roscados a rosca métrica.

Una vez aprobada la idea, dada la envergadura del trabajo, se decidió separarlo en diversos proyectos fin de carrera / trabajos fin de grado. El que aquí se presenta, “Estudio y Modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)”, corresponde con el primero de ellos.

Como el propio nombre indica, este proyecto se centra en el estudio y reproducción del monorraíl que utilizaba el avión Flyer I para su despegue y del sistema propulsor que incorporaba. Para llevar a cabo el modelado se ha hecho uso del programa CATIA (en su versión 5 y actualización release 19) tomando como base los siguientes planos del conjunto anteriormente especificado [2]:

Tabla 1. Listado de planos [2] utilizados para el modelado

G Hélice de los primeros vuelos (revisión de NASM 01/06/87) G1 Hélices e instalación de cadenas de transmisión G2 Hélices y ejes de accionamiento de la hélice G3 Ruedas dentadas, cadenas, ejes y guía de la cadena lateral derecha G4 Carcasa guía de la cadena lateral izquierda G5 Recubrimiento del eje y estructura de sujeción K1 Vía de monorraíl

Por ser el primer proyecto presentado de esta línea de trabajos, se ha incorporado un bloque inicial dedicado a profundizar en la vida e inventos de los fabricantes del avión que se procede a estudiar y modelar. Este servirá como introducción al proyecto conjunto que se pretende llevar a cabo. 1

Introducción

Por la misma razón se ha incluido el proceso de selección llevado a cabo para escoger CATIA V5 como programa para realizar los modelados, incorporando una justificación de la importancia del uso de las herramientas asistidas por ordenador y un análisis general de las mismas.

A nivel personal se ha escogido este proyecto porque ofrecía la posibilidad de realizar de manera simultánea un trabajo de investigación y un proyecto clásico de ingeniería, permitiendo aprender tanto a seleccionar fuentes, contrastar información e interpretar planos como a tomar decisiones de diseño y modelar en un programa de gran aplicación en el sector de la aeronáutica.

En cuanto a la organización del documento, se distinguen tres bloques principales según el tema en el que se centran. Estos son:

1. Hermanos Wright: monorraíl y sistema propulsor.

2. Software utilizado y modelado realizado con el mismo.

3. Conclusiones, mejoras y aplicaciones futuras.

El primero de los bloques está formado por dos apartados: uno dedicado a explicar la vida e inventos de los dos hermanos (“Los hermanos Wright”) y el otro al estudio de los monorraíles que utilizaron para los despegues y la evolución de las hélices que implementaban sus aviones (“Monorraíl y sistema propulsor (hélices) de los hermanos Wright”).

El segundo bloque también presenta la misma estructura, dividiéndose en dos apartados. El primero de ellos (“Herramienta de CAD: CATIA V5”) se centra en explicar la importancia de la aplicación de herramientas informáticas a lo largo del ciclo de un producto. En él se analiza en más profundidad las relativas a las fases de diseño y producción (incorporando un estudio general sobre los softwares aplicables a dichas etapas). Este apartado también incluye el proceso selectivo llevado a cabo para escoger el software a utilizar para el modelado y una explicación de las herramientas del mismo que se aplicarán en dicha tarea.

Por otro lado, este segundo bloque consta de otro Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5 dedicado a explicar cómo se ha realizado la recreación virtual del monorraíl utilizado por los hermanos Wright durante el despegue de su primera máquina voladora a motor pilotada y del sistema propulsor (hélices). En él se incluye un estudio de los componentes de cada uno de los sistemas a modelar, los desafíos encontrados durante las etapas de interpretación de planos y modelado y algunos detalles de las herramientas de CATIA utilizadas.

Por último se incorpora un bloque dedicado a la reflexión sobre el trabajo realizado (Conclusiones) que incluye conclusiones sobre el estudio de los hermanos Wright, la interpretación de planos y el uso de CATIA. A su vez, este bloque presenta algunas posibles mejoras del proyecto (apartado 7) y aplicaciones futuras del mismo (apartado 8).

Es necesario indicar que se ha buscado que el estudio fuera veraz y para ello se ha utilizado como base el libro libro “How We Invented the Airplane: An Illustrated History” [1] que recopila el documento escrito por Orville Wright en el que explicaba cómo llegaron a construir el Flyer I, una introducción y comentarios de su biógrafo oficial (Fred C. Kelly) así como un apéndice en el que se explican los éxitos cosechados escrito por los dos hermanos.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

2 LOS HERMANOS WRIGHT

Este apartado se centra en los inventores de la aeronave cuyos elementos se propone modelar, los hermanos Wilbur y Orville Wright. El fin de este bloque es el de conocer de manera más profunda a estos grandes pioneros del sector aeronáutico responsables de la invención del vuelo a motor controlado y pilotado. Además, se busca aclarar qué pasos siguieron hasta conseguir tal hazaña y acercar al lector a las invenciones de estos dos hermanos. Se utilizará como base para la redacción de este bloque el libro “How We Invented the Airplane: An Illustrated History” [1].

Ilustración 1. Wilbur y Orville Wright [11]

En primer lugar se ofrece un Breve contexto histórico referente al momento en el que empezarían a interesarse por la aeronáutica y realizar los primeros experimentos que les llevarían a dicho descubrimiento. Se ha situado al principio del apartado con la intención de resaltar la importancia que tuvieron las contribuciones de Orville y Wilbur Wright en el contexto de la época. Tras esto, el documento relata la Infancia y juventud de los hermanos, donde se explica cómo desde niños se interesaron por la aeronáutica.

Una vez dictadas las influencias que tuvieron en su edad temprana el informe se enfoca en las recibidas en su etapa adulta (ver sub-apartado 2.3) y cómo éstas les llevaron a interesarse por la búsqueda de una forma de lograr el equilibrio en las aeronaves, lo que se ha denominado “el problema de volar”. El sub-apartado 2.4 explica la solución que propusieron los hermanos Wright ante dicho problema.

Con el fin de aplicar dicha solución, los hermanos realizaron numerosos experimentos y construyeron varias máquinas voladoras. Esta información se recoge de manera detallada en el informe en dos sub-apartados diferenciados. El primero de ellos, sub-apartado 2.5, se centra en su primera etapa, en la que se dedicaron a la construcción de planeadores. En cambio, el segundo (sub-apartado 2.6) recoge la información relativa a la construcción de aeroplanos. Las consecuencias de estos últimos inventos se explican de forma resumida en el sub-apartado 2.7.

Para concluir este apartado dedicado a los hermanos Wright se incluye un sub-apartado que indica algunos datos de la Vida en solitario de Orville Wright tras la muerte de su hermano.

Los hermanos Wright

2.1 Breve contexto histórico El periodo de finales del siglo XIX representó un momento próspero para la actividad aeronáutica, en el que se tenían grandes esperanzas en que la era del vuelo estuviese al alcance. Por esta época, existían dos escuelas en el campo de la aviación. Por un lado, representada por el profesor Samuel Pierpont Langley y Hiram Stevens Maxim, el grupo que le daban gran importancia al vuelo propulsado. Por otro lado, con Otto Lilienthal, Louis Pierre Mouillard y Chanute a la cabeza, el grupo interesado en el planeo [1].

Sin embargo, tras este periodo de apogeo se dieron una serie de errores y tragedias que llevaron al desánimo:

• Maxim, tras realizar infructuosos experimentos en su banco de pruebas y no obtener éxito en su biplano diseñado en 1910, abandonó su trabajo en este campo habiendo gastado cien mil dólares sin resultados [12].

Ilustración 2. Banco de pruebas de Maxim tras el accidente de 1894 [12]

• La máquina Éole del francés Clément Ader, construida en 1886 mediante financiación del gobierno francés, constituyó todo un fracaso. Esta máquina voladora propulsada a motor con forma de murciélago intentó realizar su primer vuelo en octubre de 1890. Sin embargo, a pesar de aclamar que había volado, los informes detallados de los testigos recogían lo contrario [13].

• Las muertes de Otto Lilienthal (1896) y Percy Pilcher (1899) a causa de accidentes durante sus experimentos [14][15].

En este momento Chanute y muchos otros relajaron sus esfuerzos y, a pesar de que aún Langley trabajaba en secreto para construir una máquina para el gobierno de Estados Unidos, la opinión pública consideraba que el vuelo estaba fuera del alcance del hombre.

Los hermanos Wright comenzarían a experimentar en este marco histórico, donde poseían bastante información relativa al campo de la aeronáutica pero no existía aún ninguna solución al problema de volar.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

2.2 Infancia y juventud A lo largo de su vida Wilbur (1867-1912) y Orville (1871-1948) Wright estuvieron en contacto con el mundo de la aeronáutica. Durante su infancia los chicos usaron para sus juegos el primer aparato volador inventado cuyo origen se sitúa en la antigua China, la cometa [16]. Algunas de las cometas ya implementaban curvatura para aprovechar la fuerza sustentadora del efecto Bernoulli. Durante su niñez no fueron atraídos por su funcionamiento pero a su edad adulta calcularían la curvatura exacta que debían tener.

Ilustración 3. Helicóptero de Pénaud [17]

En cambio, el helicóptero de juguete que su padre les regaló a la edad de 11 y 7 años (respectivamente) sí les marcaría para siempre. Se trataba de un invento del francés Alphonse Pénaud, conocido por ser el primero en usar bandas de goma retorcidas para generar la fuerza necesaria para mover a los pequeños juguetes. Pénaud no sólo construía juguetes voladores de tipo helicóptero, también tenía de vuelo horizontal. En ellos utilizaba un sistema de balance entre la parte delantera y la trasera para controlar el vuelo. Dicha simple idea se sigue usando hoy en día.

Su fascinación por el invento de Pénaud hizo que los hermanos copiaran el juguete con resultados satisfactorios, sin embargo, al intentar aumentar la escala encontraron que no funcionaba y abandonaron sus esfuerzos. Mucho después entenderían el problema: aumentar el doble las medidas lineales provoca multiplicar por ocho la potencia necesaria.

Este mismo problema afectó más tarde a muchos investigadores que experimentarían con el uso de prototipos pequeños de planeadores y que se encontrarían ante un fracaso a la hora de reproducirlos a una escala lo suficientemente grande como para llevar a un piloto. Entre ellos se puede destacar a Samuel Langley, estadounidense perteneciente a los altos cargos del Instituto del Smithsonian de Washington, encargado por el gobierno para construir una máquina voladora. Langley no fue el único al que le encargaron dicha tarea, en Francia también contrataron a Clement Ader para el mismo objetivo. El hecho de que algunos gobiernos estuvieran interesados en financiar la construcción de máquinas voladoras volvería a llamar la atención de los hermanos Wright en su etapa adulta.

Durante el resto de su infancia, los chicos se interesaron por cualquier tipo de dispositivo mecánico. A tal punto llegaba su curiosidad que Orville en lugar de asistir a la guardería se quedaba en casa de un vecino jugando con una máquina de coser antigua.

Los hermanos Wright

El trabajo de su padre requería que se mudaran de residencia y la poca importancia que los hermanos daban a tener un mero título quizás fuesen las causantes de que, a pesar de que recibieran educación a lo largo de su juventud, no obtuvieron ningún diploma.

Fue esa inquietud desarrollada durante su niñez la que les hizo adentrarse en la xilografía tras leer Orville en una revista sobre ella. Lograron realizar su propia herramienta y decidieron darle uso publicando West Side News, un periódico vecinal que fue bastante rentable.

Más adelante, su interés por las bicicletas de carreras los hizo desarrollar su propia compañía de venta, reparación y construcción de bicicletas, Wright Cycle Co., que abrirían en 1893.

2.3 Influencias Los predecesores de los hermanos Wright toman un lugar importante en su camino hacia la invención de una máquina voladora más pesada que el aire capaz de soportar el peso de un piloto. Quizás más que aportarles datos prácticos éstos fueron la fuente de su inspiración.

Fue en 1895 cuando llegó a sus manos una lectura sobre los experimentos con planeadores de Otto Lilienthal. Este ingeniero alemán, considerado por muchos como padre del vuelo sin motor, fue el primer inventor capaz de explicar científicamente el por qué eran mejor las superficies con curvatura frente a las planas. Para ello creó unas tablas de presión que más adelante se verían que eran inexactas pero que los hermanos usarían como base para realizar las suyas propias.

Ilustración 4. Lilienthal antes de despegar su pequeño planeador de ala batiente en 1894 [18]

Lilienthal no fue el primero en recoger medidas de presión del aire en máquinas voladoras. A principios del siglo XIX en Inglaterra George Cayley, ingeniero e inventor, motivado por estudiar en profundidad la máquina voladora de Leonado da Vinci, recabó sus propias medidas. Sin embargo, a diferencia del alemán, éste consideraba las alas rectas igual de buenas que las curvadas.

Durante esta época los hermanos Wright se interesaron por los escritos acerca del mecanismo que utilizaban los pájaros para volar del Profesor Marey, pero encontraron poca información al respecto. Entre los libros que leyeron también destaca Progress in Flying Machines de Octave Chanute, ingeniero que dedicaba su tiempo libre a dirigir experimentos con planeadores. Los hermanos se pusieron en contacto con este último y así comenzó su duradera relación de amistad. Chanute les ayudaría e incluso animaría en sus momentos más bajos cuando pensaron en darse por perdidos, siempre afirmando que su trabajo prometía “importantes resultados”. Fue el que les presentaría más tarde a George Spratt y a E.C. Huftaker, quienes completarían el grupo para realizar sus

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) experimentos en Kitty Hawk en 1901. El primero de ellos les aseguraría asistencia sanitaria en caso de ser necesaria, en cambio, el segundo, que había trabajado en la construcción de un planeador con Chanute, asistiría en calidad de invitado.

Sin embargo, el estudio no se convertiría en algo más serio hasta 1899, cuando pedirían información al respecto al Instituto Smithsonian. Recibiron Problem of Flying and Practical Experiments in Soaring (escrito por Otto Lilienthal) y Story of Experiments in Mechanical Flight (de S.P. Langley) y algún otro documento.

Entre sus influencias, Orville Wright destacaría más tarde en su escrito How We Invented the Airplane [1], las siguientes personalidades:

- Leonardo da Vinci, uno de los mejores artistas e ingenieros de todos los tiempos.

- George Cayley, uno de los primeros inventores de los motores de combustión interna.

- Hiram Maxim, inventor de la ametralladora Maxim.

- Parsons, inventor de la turbina de vapor.

- Alexander Graham Bell, inventor del teléfono.

- Horatio Phililips, reconocido ingeniero inglés.

- Otto Lilienthal, inventor de instrumentos de navegación y reconocido ingeniero.

- Thomas A. Edison.

- S.P. Langley, secretario y alto cargo del Instituto Smithsonian.

Sin embargo, dado que todos los investigadores en la materia concurrían en fallos, una gran cantidad de prestigiosos hombres de la época sostenían la imposibilidad de crear una máquina voladora capaz de sostener a un hombre; como el científico e ingeniero francés Guy-Lussac, el científico y matemático americano Simon Newcomb o el ingeniero jefe en la Marina de Estados Unidos Admiral Melville.

Un año después de que conocieran el trabajo de Otto Lilienthal los hermanos Wright se enteraron de su muerte (verano de 1896) y se interesaron mucho por los planeadores, pero considerando el vuelo sin motor como deporte y sin plantearse resolver el problema de volar.

2.4 El problema de volar En un principio hallar el equilibrio de un planeador parecía ser una materia simple, sin embargo, los investigadores siempre encontraban algún detalle que no podían controlar. Para alcanzar dicho equilibrio se habían utilizado muchos métodos diferentes: la modificación del posicionamiento del centro de gravedad de la máquina, la inclusión de diedro en las alas o el control mediante el movimiento del piloto. Lilienthal y Chanute aplicaban este último método, el desplazamiento del operador del planeador permitía que el cambio de peso que se generaba al mover el propio cuerpo de la persona alojada sobre el planeador fuese suficiente para mantener el balance lateral de la máquina.

Sin embargo, los hermanos Wright no estaban de acuerdo. Pensaban que la raíz del problema de volar radicaba en la forma de mantener el equilibrio utilizada hasta el momento. Con el fin de

Los hermanos Wright

resolver dicho problema de una forma distinta, los hermanos propusieron incorporar un movimiento de las alas del avión que sustituyera al efecto del desplazamiento del hombre.

El primer método propuesto por los hermanos para mantener el equilibrio lateral aplicando dicha idea consistía en incorporar ejes a ambos lados de las alas movidos por engranajes controlados desde el centro de la máquina, obteniendo así movimientos independientes de los lados derecho e izquierdo de las superficies alares.

La ventaja que aportaba este diseño era la de poder obtener distintos valores de sustentación en parte derecha e izquierda sin necesidad de compensaciones de peso realizadas por el propio piloto. Sin embargo, no pudieron llevar a cabo ningún prototipo debido a que no encontraron ningún método de construcción lo suficientemente fuerte y a que el diseño no resultaba ser lo bastante ligero para usarlo.

Poco tiempo después Wilbur planteó un nuevo método de obtener los mismos resultados pero sin los defectos estructurales de la idea anterior. Para ello usó una pequeña caja de cartón con los extremos abiertos, sujetando con los dedos índice y pulgar de cada mano:

• Primer extremo:

o Esquina superior delantera.

o Esquina inferior trasera. • Segundo extremo:

o Esquina superior trasera.

o Esquina inferior delantera. Presionando las esquinas de cada extremo juntas, las superficies inferior y superior giraban de forma helicoidal, presentando así ambas superficies de la caja distintos ángulos en sus lados derecho e izquierdo. Extrapolando este mecanismo a un ala, dicha diferencia de ángulos permitiría generar sustentaciones distintas.

Ilustración 5. Animación explicativa de la solución adoptada por los hermanos Wright [19]

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

2.5 Pruebas y primeros modelos Los hermanos Wright construyeron un aparato para poder comprobar si funcionaba la solución planteada por los mismos al problema de volar. Éste más que un planeador era una cometa biplana [20]; consistía en un conjunto de planos de 1524 milímetros de longitud de punta a punta y 330 milímetros de parte delantera a trasera provisto de unos palos amarrados a unas cuerdas que iban sujetas a los planos con el fin de controlar la torsión.

Durante un día de finales de julio de 1899, Wilbur lideró varios test que demostrarían el buen funcionamiento de la teoría. El prototipo respondía ante la torsión de los planos de manera esperada, obteniendo mayor sustentación en la zona en la que la superficie presentaba un mayor ángulo. A su vez, al girar la superficie superior trasera, la parte delantera de la máquina descendía, como era esperado. Sin embargo, en esta última situación, debido al giro de las superficies, las cuerdas se aflojaban y se perdía el control de la máquina que éstas generaban, provocando un descenso rápido directo al suelo.

A pesar de ello, los hermanos Wright sintieron que se había demostrado la eficiencia del sistema de control ideado y que la cometa funcionaba lo suficientemente bien como para animarlos a construir un planeador capaz de llevar a un hombre [20].

2.5.1 Planeador de 1900 Tras haber comprobado con experimentos con cometas el éxito de la solución al problema de volar que habían propuesto, los hermanos Wright decidieron dar un nuevo paso: realizar pruebas análogas con una máquina que soportase a un hombre y que permitiera controlar su equilibrio lateral.

Ilustración 6. Planeador de 1900 volando a modo de cometa [1]

El planeador diseñado constaba de dos superficies de 5182 milímetros de longitud de punta a punta y de 1524 milímetros de parte frontal a trasera. En el extremo frontal estaban separadas a una distancia de 1524 milímetros y aseguradas entre sí mediante seis postes verticales. Por otro lado, en el extremo trasero estaban distanciadas unos 300 milímetros y también se unían mediante otra serie de montantes. Dichos montantes se unían a las superficies mediante uniones flexibles.

Las costillas que utilizaba estaban hechas de finas tiras de madera de fresno dobladas ligeramente en el extremo frontal. A la hora de amarrarlas las situaron en la parte superior de la viga frontal para de esta forma conseguir una curvatura de alrededor un cinco a cinco con cinco por ciento de la 9

Los hermanos Wright

cuerda. Tanto los montantes como las costillas que usaba estaban envueltos en vainas de tela para eliminar todos los ángulos bruscos y esquinas.

Si se compara con el aparato de Chanute, se observa que el planeador utilizaba una configuración muy parecida al de éste. Los montantes se ataban mediante cables de manera muy similar, usándose dos sistemas de cerchas rígidas lateralmente. Sin embargo, a diferencia del aparato de Chanute, las cerchas que unían la parte delantera y trasera no eran rígidas. Este cambio fue el que permitió el movimiento de torsión de las superficies.

La máquina contaba también con un elevador (ver estructura que se extiende hacia la izquierda de la Ilustración 6) tipo canard amarrado mediante dos muelles a un marco que lo sustentaba a unos 1219 milímetros por delante del plano principal inferior del ala y capaz de girar hasta unos 120 grados alrededor de su eje frontal. Para conseguir el movimiento de dicho elevador incorporaba dos brazos extensibles unidos a su eje posterior que enlazaban con el operador del planeador. Cuando el eje posterior del elevador subía, los muelles impedían que el eje frontal del elevador girase el mismo ángulo hacia abajo, obteniéndose como resultado una curvatura en el elevador.

Tras construir el planeador, la idea era ensayar con una persona a bordo del mismo a modo de cometa. De esta forma, se podría volar la máquina durante horas consiguiéndose así mucha práctica con poco esfuerzo. El incorporar una persona sobre el planeador les permitiría experimentar de lleno con el mecanismo de alabeo de las alas y aprender a controlar el aparato en vuelo [20].

Con el fin de facilitar la realización de estos experimentos decidieron trasladarse en septiembre de 1900 a uno de los lugares más ventosos de todo el país, Kitty Hawk, con una media de vientos durante dicho mes de 25,75 kilómetros por hora.

Para el diseño del que sería su primer planeador los hermanos Wright se habían valido de las tablas de Lilienthal, obteniendo que una máquina con unos 14 metros cuadrados volando sobre un viento de 27,6 kilómetros por hora sería capaz de soportar a un hombre.

Sin embargo, cuando trataron de volar encontraron que los vientos no eran lo suficientemente fuertes para elevar el aparato: sólo se comportaba de manera satisfactoria con vientos superiores a 40 kilómetros por hora, lo cual no se correspondía con los datos calculados a partir de las tablas de presión de Lilienthal.

Probaron el sistema de alabeo de las alas mediante cordones que se extendían a tierra sin personas a bordo. Aunque esto no les dio la práctica que esperaban, sí pudieron verificar el principio básico del sistema de control [20]. Con esta configuración de vuelo también realizaron tests con el fin de medir la sustentación, la deriva y el centro de presiones.

En cuanto a los ensayos con vientos fuertes, el planeador respondía inmediatamente a la torsión de las alas elevando el lado de mayor ángulo por encima del de menor ángulo. Sin embargo, simultáneamente a la torsión de las alas, se provocaba un deslizamiento de la máquina hacia el lado de menor ángulo que llevaba a una elevación de dicha punta, consiguiéndose una inversión de los ángulos iniciales de las puntas de las alas.

Concluyeron los experimentos a finales de octubre, tras realizar alrededor de una docena de vuelos libres planeando a lo largo de Kill Devil Hill, colina situada a 6,4 kilómetros de Kitty Hawk. Analizando los resultados llegaron a las siguientes conclusiones:

• El control lateral de la máquina era bastante satisfactorio.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

• La capacidad de sustentación del planeador era inferior a la esperada.

Los hermanos se pusieron en contacto con Chanute para obtener una respuesta sobre la posible causa de la incompatibilidad entre los valores de sustentación calculados a través de las tablas de presión de Lilienthal (de gran aceptación en la época) y los obtenidos en los experimentos. Orville y Wilbur pensaban que el fallo podría situarse en la construcción de la máquina o en las tablas de presión, sin embargo, Chanute apuntó que podía ser debido a que ellos habían usado una curvatura de las alas bastante peculiar, distinta a la de Lilienthal.

Con el fin de salir de dudas, decidieron realizar experimentos que comparasen los valores de sustentación obtenidos en planos con los calculados en superficies curvadas con diferentes curvaturas. Para ello, construyeron una estructura de madera en forma de V, la cual permanecería tumbada en el plano horizontal. Los extremos de la estructura contaban con rodamientos que permitían que pivotasen verticalmente las dos superficies a comparar. Ambas superficies se situaban verticalmente sobre la V, de forma que las sustentaciones generadas tuvieran sentidos opuestos. De esta manera podían determinar cuál de ellas tenía mejor capacidad de sustentación observando la cantidad que podía mover una superficie a la otra con respecto a su posición inicial al exponerlas al viento.

Los experimentos se realizaron de manera tan tosca que no pudieron tomarse mediciones cercanas entre sí. Aun así, pudieron confirmar a través de los resultados su sospecha: las aceptadas tablas de presión de Lilienthal no eran del todo fiables.

2.5.2 Planeador de 1901 A raíz de los resultados obtenidos en los ensayos que realizaron con distintas superficies, decidieron construir una máquina de mayor tamaño que tuviera alas con mayor curvatura. La máquina constaría de una estructura muy similar a la del planeador anterior, utilizando el mismo sistema para conseguir la torsión de las alas. Las diferencias fundamentales entre ambos planeadores son:

• Aumento de la superficie alar de 15,3 metros cuadrados que poseía el planeador de 1900 a 26,9 metros cuadrados. Para ello, utilizaron alas de 6706 milímetros de longitud con una cuerda de 2134 milímetros.

• Incremento de la curvatura del perfil alar a ocho con tres por ciento de la cuerda.

A finales de julio de 1901 terminaron de ensamblar la máquina en Kitty Hawk, donde someterían al planeador a varios test probándola tanto como planeador en vuelo libre como a modo de cometa. Los resultados de dichos experimentos se resumen en:

• La estabilidad y el control longitudinales del planeador de 1901 eran más deficientes que los del año anterior, lo que sospecharon era debido al incremento de curvatura aplicado en las alas.

• Al planear colina abajo la nueva máquina, a diferencia de la anterior, no incrementaba su velocidad. Indicativo de que el planeador de 1900 era aerodinámicamente más eficiente, puesto que sería capaz de planear sobre pendientes menores.

• El control lateral del nuevo planeador era aparentemente muy efectivo.

Los hermanos Wright

Ilustración 7. Planeador de 1901 [1]

Con el fin de mejorar el diseño, los hermanos Wright decidieron reducir la curvatura alar. Para ello utilizaron un sistema de postes y alambres que incorporarían entre los largueros frontal y trasero. De esta forma los postes impedirían que se alcanzasen curvaturas superiores durante el vuelo.

Dicha máquina fue probada tanto como planeador como a modo de cometa, con y sin hombre a bordo. El planeador modificado mejoró en el manejo durante el vuelo en planeo llegando en algunos casos a vuelos con alcances superiores a los 100 metros. Sin embargo, empezaron a notar que a veces, al utilizar la torsión alar para recuperar el control lateral, el ala con mayor ángulo simultáneamente al aumento de sustentación perdía velocidad con respecto al lado de menor ángulo. Estos casos generalmente acababan en aterrizajes forzosos en los que la máquina derrapaba sobre la tierra. Desde entonces fueron conscientes de la importancia en el control lateral de las velocidades relativas entre lado derecho e izquierdo de las alas que, según indica Orville en How we invented the airplane [1], ningún investigador había considerado hasta la fecha.

A parte de la incorporación de postes intermedios en las alas, durante las pruebas realizaron varios cambios respecto a los largueros. El más importante de ellos fue debido a la modificación de la longitud de los tirantes, la cual generó una curvatura en los largueros que elevó su centro unos noventa milímetros por encima de los extremos de los mismos situados en las puntas de las alas.

Dicha curvatura fue implementada con el fin de evitar la perturbación generada en el equilibrio lateral del planeador debida al aumento de sustentación localizada en el extremo de las alas cuando el viento incidía en la máquina en dicho extremo con un ángulo con respecto a su eje longitudinal. De esta forma, el viento entrante se encontraba con un menor ángulo de incidencia al chocar contra la superficie curvada.

Sin embargo, esta medida no solucionaba el problema del equilibrio lateral. Se evitaban las perturbaciones debidas a las ráfagas laterales, pero se perdía el propio equilibrio ante deslizamientos laterales de la máquina. A pesar de ello, los hermanos Wright encontraron más ventajas que inconvenientes en las alas con diedro negativo porque se adecuaban mejor al vuelo en las convexas colinas de Kill Devil Hill.

Es necesario puntualizar que los resultados recogidos de sustentación y deriva de la máquina para varios ángulos de incidencia en el caso de planeamiento libre no coincidían ni con los valores estimados usando los datos de Lilienthal ni con los de otras tablas de presión aceptadas en la época. El siguiente dato cuantifica dicha inexactitud: la sustentación obtenida en dichos 12

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) experimentos con máquinas a tamaño real se correspondía con un tercio de la estimada a través de las tablas de presión de Lilienthal. De hecho, Orville Wright dejó por escrito que pensaba que las medidas recogidas de sustentación y deriva en modelos a tamaño real realizadas en esos dos últimos años (las primeras tomadas por los hermanos Wright) eran los primeros test válidos que se habían recogido hasta la fecha en lo referente a la exactitud de las tablas de presión.

Hasta la fecha, los libros y documentos que habían llegado a sus manos indicaban que el centro de presiones se situaba aproximadamente en el centro de la superficie cuando ésta se exponía ante los adecuados ángulos con respecto al viento y que dicho centro de presiones se adelantaba a medida que se disminuía el ángulo de incidencia. Esta idea les llevó a situar el elevador en ambos planeadores (de 1900 y 1901) por delante de la superficie alar, ya que se conseguiría adelantar el centro de presiones y así se produciría estabilidad estática longitudinal. Sin embargo, los planeadores resultaron no ser estables longitudinalmente. De hecho, en algunos experimentos de 1900 cargando al planeador con un pequeño saco de arena se obtuvo mayor estabilidad estática volando la máquina en sentido opuesto (con el elevador en la parte trasera).

Volando una superficie a modo de cometa demostraron la teoría de George Spratt y E.C. Huftaker, quienes los acompañaban en el campamento de Kitty Hawk. Estos sugirieron que tal vez en las superficies curvadas al disminuir el ángulo de incidencia se retrasaba el centro de presiones. En efecto, al exponer la superficie al viento con ángulos de incidencia grandes la cuerda del ala se giraba hacia arriba, lo que implicaba que el centro de presiones se encontraba adelantado al de gravedad; en cambio, cuando los ángulos de incidencia eran pequeños la cuerda giraba hacia abajo, indicativo de que el centro de presiones se situaba por detrás del de gravedad.

Los experimentos de 1901 demostraron que algunas de las leyes más firmemente establecidas relativas al movimiento del centro de presiones eran en su mayor parte incorrectas. Esto les llevó a tomarse más en serio el problema de volar.

2.5.3 Túnel de viento Los hermanos Wright siempre se habían sentido atraídos por el problema de volar, pero hasta el momento sólo lo habían considerado como deporte. Sin embargo, si querían seguir progresando en la materia debían conseguir mejores tablas de presión a partir de las cuales realizar los cálculos; y con vuelos al aire libre tomar medidas cuando se desconocía la dirección exacta del viento era realmente difícil.

Ilustración 8. Reconstrucción del túnel de viento construido por los hermanos Wright en 1901 [1] 13

Los hermanos Wright

En septiembre de 1901 decidieron instalar un pequeño túnel aerodinámico (ver Ilustración 8) en Dayton con el fin de volver a tomar las medidas anteriormente calculadas en Kitty Hawk de manera más controlada. Los datos los tomaban desde el interior del túnel a través del cual se dirigía una ráfaga de aire. El uso del túnel de viento les permitía estudiar los efectos de la corriente de aire al pasar por varias formas.

Aunque los experimentos se habían realizado con mayor cuidado esta vez, aún no estaban completamente satisfechos con la exactitud de las medidas. Por ello construyeron un nuevo aparato que medía la sustentación respecto a la presión creada por la corriente de aire, obteniéndose así datos comparativos de sustentación más precisos. A su vez fabricaron un instrumento que medía la relación entre la sustentación y la deriva (ver Ilustración 9).

Ilustración 9. Reconstrucción del aparato de testeo construido para el túnel de viento de 1901 [1]

Entre los numerosos experimentos probaron superficies con distintos alargamiento y diferentes curvaturas e incluso hicieron tests con conjuntos de superficies superpuestas modificando la longitud de separación entre ellas.

Los hermanos Wright en un principio no fueron conscientes, pero el túnel del viento no solo les permitiría testear alas, también les dio la llave para revolucionar el diseño de hélices (ver 3.2).

2.5.4 Planeador de 1902 Los numerosos experimentos realizados durante 1901 les llevaron a construir un nuevo planeador que tuviera en cuenta lo aprendido. Basándose en sus propias tablas obtuvieron que para conseguir una mayor eficiencia dinámica se debían usar superficies con menor curvatura y mayor alargamiento.

La nueva máquina constaba con una superficie alar formada por dos planos de 9754 milímetros de envergadura y 1524 milímetros de cuerda (un área de 28,3 metros cuadrados) separados 1524 milímetros uno encima del otro a los que se le asoció una curvatura entre 3,85% y 4,17% de la cuerda. A este nuevo diseño le añadieron una aleta vertical rígida de aproximadamente un metro cuadrado en la parte trasera del plano principal del planeador con el fin de mantener velocidades iguales en alas derecha e izquierda cuando éstas giraban diferentes ángulos (ver Ilustración 10). En cuanto al sistema de cables que permitía la torsión de las alas y los montantes, se utilizó el mismo que en el planeador de 1901.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

El montaje del planeador fue realizado en Kitty Hawk desde finales de agosto al 19 de septiembre de 1902. Durante este periodo realizaron pruebas con una de las superficies diseñadas y ya pudieron notar la mejoría en el diseño: era necesario realizar menor fuerza que en el planeador de 1901 sobre las cuerdas que sostenían a la superficie en forma de cometa en proporción a la carga llevada. Las medidas se realizaron con la superficie en posición horizontal midiendo únicamente la deriva, pero ya se podía observar que los ensayos se correspondían con lo calculado mediante las tablas.

Ilustración 10. Planeador de 1902 volado a modo de cometa [1]

Tras los primeros test realizados sobre la máquina en vuelo llegaron a las siguientes conclusiones:

• El planeador era capaz de planear con mucho menor ángulo de descenso que los anteriores.

• La incorporación de la aleta vertical suponía en principio una mejora en el control lateral.

• La colocación recta de los largueros llevó a los mismos problemas encontrados en el planeador anterior.

Con el fin de evitar este último problema, se modificaron los cables consiguiendo arquear los largueros, situando su centro unos 100 milímetros por encima de sus extremos (situados en las puntas de las alas). También aprovecharon para modificar el ángulo de las superficies, incorporando uno mayor en las puntas que en el centro de la máquina.

Tras los primeros vuelos libres observaron que la incorporación de la aleta en vez de equilibrar las velocidades hacía todo lo contrario. Esto se debía a la creación de una presión en la aleta durante el deslizamiento lateral de la aeronave en la parte inferior del lado hacia el que se desliza. Esto provocaba un incremento de la velocidad de una de las alas y una disminución en la otra que conllevaba a una caída del ala más baja y una subida del ala más alta. Además, durante los intentos de recuperar el balance mediante la torsión de las alas, se observaba que, aunque el ala más baja tuviera un mayor ángulo que la más alta, se producía un aumento de la resistencia en el ala más baja, alcanzándose la misma situación indeseada: la entrada en barrena.

Para tratar de reducir este efecto, decidieron eliminar una de las aletas; pero ello sólo mejoraba ligeramente el mal efecto provocado. Tras pensarlo mejor llegaron a una mejor solución del problema: permitir el giro de la aleta convirtiendo el estabilizador vertical en un timón de dirección 15

Los hermanos Wright

(en la Ilustración 11 se observa el planeador modificado en octubre que sustituía las dos aletas fijas traseras por el timón ajustable). De esta forma se podría eliminar la presión en el lado más bajo y crear presión en el más alto y así salvar las diferencias de resistencia entre las alas debidas a estar sometidas a distintos ángulos de incidencia.

Ilustración 11. Planeador de 1902 tras la modificación de octubre [1]

Sin embargo, esta modificación producía un aumento de la complejidad en el manejo del planeador: el operador tenía que mantener el equilibrio longitudinal mediante el control del elevador a la vez que modificar la posición de la aleta, que funcionaba como timón de profundidad, en función de los ángulos de incidencia de las alas. Por esta razón pensaron que unir el timón con los cables destinados a producir la torsión de las alas sería buena idea; de esta forma el ajuste del timón se produciría de manera automática. Sin embargo, para realizar los experimentos pensaron que sería mejor dejar que funcionasen de manera independiente.

Cabe indicar que se realizaron ciertas modificaciones en el cableado del planeador para que los bordes de ataque de los planos inferior y superior se mantuvieran siempre paralelos entre sí y que fuesen las partes más cercanas a las puntas de los bordes de salida los que con su movimiento determinasen los ángulos de incidencia.

Tras realizar más de setecientos vuelos con el planeador modificado, comprobaron el buen comportamiento del mismo. La máquina tenía un control longitudinal muy efectivo y se habían resuelto totalmente los problemas relativos al equilibrio lateral. A su vez se había demostrado que las tablas de presión calculadas en el túnel de viento permitían prever las actuaciones de la máquina. Los hermanos Wright pensaron que era el momento de construir una máquina voladora propulsada por motor.

2.6 Primera máquina voladora a motor y modificaciones Tras el éxito del planeador de 1903 (versión modificada del de 1902), los hermanos Wright pensaron que el siguiente paso sería proveer a la máquina de motor. Para poder soportar el peso del motor y las hélices se decidió rigidizar la estructura central de la máquina así como el cableado de dicha zona.

La nueva máquina tendría mayores dimensiones, constando con una superficie alar de 46,45 metros cuadrados (teniendo una envergadura de 12344 milímetros y 1981 milímetros de cuerda).

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Las alas mantendrían una forma similar a las de los planeadores anteriormente construidos salvo varios cambios, entre ellos se destacan:

• Uso de recubrimientos para costillas y superficies de tela estirada a ambos lados superior e inferior de costillas y largueros.

• Modificación del método de fabricación de las costillas: en vez de utilizar tiras de fresno curvadas para obtener la curvatura deseada (como en las máquinas anteriores) se utilizarían pedazos de fresno de sección transversal de aproximadamente 9,5 por 12,7 milímetros encolados y clavados entre sí colocando sus extremos varios milímetros desplazados entre sí. De esta forma se obtendrían estructuras de gran fuerza y ligereza al mismo tiempo.

En cuanto al motor, se pusieron en contacto con los mejores fabricantes de automóviles para ver si les podían proveer de uno para la nueva máquina. Debido a que ninguno de ellos les respondió favorablemente decidieron diseñar su propio motor, el cual resultó ser capaz de desarrollar un poco más de doce caballos teniendo un peso de 72,57 kilogramos (sin incluir el magneto, el agua ni el aceite).

Con respecto al sistema de control de la máquina, se utilizaría el mismo que en la última versión del planeador de 1902, donde la parte central permanecía fija y eran los extremos los encargados de ajustar los diferentes ángulos de incidencia.

A finales de septiembre de 1903 se trasladaron a Kitty Hawk, donde establecerían el campamento y comenzarían a ensamblar la nueva máquina en el edificio que construyeron previamente con dicho fin (que más tarde serviría para proteger a la nueva máquina).

El 14 de diciembre cinco miembros de la estación de salvamento se presentaron en Kitty Hawk para presenciar el primer test de la máquina voladora y, por tanto, su primer intento de vuelo. Desgraciadamente, debido a errores en el manejo, la máquina se rompió ligeramente por lo que necesitaría ser reparada antes de realizar un nuevo intento.

La siguiente prueba tuvo lugar el 17 de diciembre a unos treinta metros al oeste del campamento. Este día, con vientos de alrededor de 32 kilómetros por hora, acabó con un resultado favorable de cuatro vuelos realizados. Para el lanzamiento de la máquina se utilizó una vía de monorraíl (explicado con más profundidad en el 3.1) siendo puesta en movimiento únicamente gracias a la energía del motor y el empuje proporcionado por las hélices (consultar el 3.2 para más información). En la Tabla 2 se recogen los datos de distancias y duraciones conocidos de dichos vuelos. Es necesario puntualizar que las distancias fueron medidas desde el final de la vía.

Tabla 2. Datos de los primeros vuelos del Flyer I de los hermanos Wright [3][21]

Vuelo Distancia [m] Duración [s] Primero 36 12 Segundo 53 13 Tercero 61 15 Cuarto 260 59

El primero de dichos vuelos es reconocido como el primer vuelo en la historia del mundo en el que una máquina capaz de sostener a un hombre y propulsada por motor podía elevarse por sí misma desde la tierra en un vuelo libre [3]. Ésta más tarde sería nombrada como Flyer I o Wright Flyer I.

Los hermanos Wright

Ilustración 12. Primer vuelo del Flyer I bajo el control de Orville Wright [1]

A parte de los hermanos Wright, hubo aquel día un grupo de testigos formado por tres miembros del equipo de salvamento de Kill Devil (John T. Daniels, W. S. Dough y A. D. Etherige) y dos hombres de los alrededores (W. C. Brinkley de Manteo y John Moore de Nags Head) [22].

Tras aquellos cuatro vuelos exitosos los hermanos Wright sabían que lo único que necesitaban para llegar mucho más lejos antes de aterrizar era únicamente practicar. De hecho, tras el almuerzo volaron 6,4 kilómetros hasta la estación meteorológica de Kitty Hawk, donde se encontraba Dosher, el telegrafista. Sin embargo, dicha máquina no volvería a volar: mientras hablaban una ráfaga de viento golpeó a la máquina haciéndola caer y provocándole serios daños.

4.5.1 Modificaciones del Flyer I Una vez demostrado el éxito del Flyer I quisieron seguir practicando el vuelo y mejorando las propiedades de la máquina. De vuelta en Dayton construyeron durante el invierno y primavera de 1904 una nueva máquina análoga a la anterior pero a la que implementaron algunos cambios:

• Aumento del peso y fuerza consiguiendo una máquina más robusta: pasando de los 340 kilos que pesaba la de 1903 (incluyendo al operador) a 420 kilos (incluyendo al operador, estimado de unos 66 kilos, y 41 kilos de barras de hierro que portaba).

• Utilización de un nuevo motor que aportaría mayor potencia: 16 caballos frente a los 12-13 del modelo anterior.

Para probarla utilizaron como campo de vuelo los pastos de Huffman, situados en la intersección de la carretera principal entre Dayton y Springfield y la carretera con dirección a Yellow Springs, Ohio. Durante este año realizaron 105 vuelos o intentos de vuelo, entre los cuales destacan dos de ellos por ser los de mayor duración (ver Tabla 3).

Tabla 3. Fechas y duraciones de los vuelos más largos realizados con la máquina de 1904 [1]

Fecha Duración 09/11/1904 5 min 4 s 01/12/1904 5 min 8 s

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El 23 de mayo de 1905 empiezan a ensamblar una nueva máquina en la pradera de Huffman muy similar a la anterior en la que incorporaron:

• Una modificación de la curvatura de las costillas: pasando de entre el 3,3% al 4% de la cuerda (usada en la máquina de 1904) a un 5% de la cuerda.

• Cambios en el sistema de control mediante la introducción de los siguientes elementos:

o Una palanca que permitía controlar de manera independiente el timón en caso de que se deseara, sirviendo como opción alternativa al movimiento conjunto con la torsión de las alas.

o Dos aletas fijas verticales dispuestas por delante de la superficie alar y unidas al marco que sujeta al elevador frontal cuyo fin era el de equilibrar las velocidades que llegarían a cada una de las alas.

• Sustitución de las alas con ligero diedro negativo por alas con diedro en su parte central pero recta en las puntas.

Para obtener más información sobre otras modificaciones posteriores del Flyer I se puede consultar la web de Wright Brothers Aeroplane Company [23].

2.7 Los frutos de la invención Tras probar la máquina de 1905 más de 216 minutos en el aire repartidos en 50 vuelos durante el año 1905, los hermanos Wright escribieron a varios miembros importantes en el círculo de la aeronáutica de Francia y Alemania así como al recién fundado Aero Club of America con el fin de informar de su trabajo. A pesar de recibir propuestas de gobiernos extranjeros, quisieron priorizar al de Estados Unidos, ofreciéndole el uso de la máquina para fines militares y el control sobre los derechos del invento. Sin embargo, debido a que del propio gobierno únicamente recibieron respuestas evasivas que expresaban incredulidad respecto al invento, decidieron abrir sus puertas a gobiernos extranjeros.

No sería hasta pasados tres años, el 8 de febrero de 1908, cuando los hermanos Wright firmaran un contrato con el Cuerpo de Comunicaciones del Departamento de Guerra de los Estados Unidos por una aeronave, el cual no se completaría hasta que se desarrollasen todos los tests de vuelo necesarios (el 30 de julio de 1909). Cabe resaltar el serio accidente que sufrió Orville durante la demostración para el gobierno en Fort Myer, situado cerca de Washington.

Tres semanas más tarde de la firma con el Gobierno de los Estados Unidos cerrarían otro contrato con un francés con el fin de crear un sindicato que controlase la construcción, venta y/o licencias de uso de la máquina en Francia. Sería aquí donde Wilbur recibiría muchos premios por sus vuelos y enseñaría a algunos lugareños a volar.

Este mismo año (1908) renovaron el diseño de la máquina de 1905 de forma que se sustituyera la posición tumbada del piloto por una que permitiera a éste sentase derecho y ser acompañado por un pasajero. En mayo realizaron prácticas con dicha máquina modificada en Kitty Hawk.

También se abrieron a otros países de Europa en 1909: fundando una compañía en Alemania, donde Orville se trasladaría para realizar varios vuelos, y vendiendo una máquina en Italia, donde Wilbur se desplazaría para entrenar voladores. Por otro lado, en América Wilbur realizaría increíbles vuelos (ver Tabla 4), en algunos casos frente a más de un millón de personas, antes de dedicarse a entrenar a los oficiales del Cuerpo de Comunicaciones del Ejército en College Park, 19

Los hermanos Wright

Maryland (según lo acordado en el contrato con el gobierno). También durante ese mismo año fundarían su propia compañía en Estados Unidos con Wilbur como presidente, la cual abriría más tarde un par de escuelas de vuelo.

Tabla 4. Datos de vuelos destacados de Wilbur Wright de 1909 en América [1]

Fecha Motivo Recorrido Tipo 26/09/1909 Celebración de Dos vuelos sobre Governors Island Sobrevuelo Hudson-Fulton De Governors Island a la Estatua de la Libertad Ida y vuelta 04/10/1909 Desafío De Governors Island a más allá de la tumba del Ida y vuelta general Grant

En cuanto al año 1910, se pueden destacar dos sucesos:

• El 25 de mayo se produce por primera vez un vuelo compartido por ambos hermanos, arriesgándose a volar a la vez.

• El primer vuelo largo a través del país, recorriéndose 298 kilómetros desde Chicago hasta Springfield, Illinois.

Un año después Orville Wright se traslada a Kitty Hawk con el fin de probar un dispositivo de control automático. Sin embargo, debido a la presencia de prensa, no lo hizo y se dedicó a realizar vuelos con un planeador. En uno de dichos vuelos alcanzó un record mundial de permanencia en el aire de nueve minutos y cuarenta segundos, que no sería vencido hasta diez años después en Alemania.

2.7.1 Pleitos El negocio de la aviación había sido rentable casi desde el principio a pesar de lo novedoso que era. Las exhibiciones de vuelo multitudinarias a las que asistían multitud de personas atraídas por ver por primera vez volar a una máquina resultaron ser uno de los grandes ingresos de la compañía de los hermanos.

Sin embargo, ahora que el volar se había convertido en un gran negocio, no faltaron en llegar infractores de la patente. Entre ellos cabe nombrar a:

• Glenn H. Curtiss, el más persistente de los infractores. El pleito contra Curtiss y The Herring-Curtiss Company fue llevado ante el tribunal máximo, donde los hermanos Wright lo ganarían.

• Blériot, francés famoso por volar por primera vez sobre el canal inglés.

• Santos-Dumont, reconocido por volar por primera vez en Europa en 1906. Sin embargo, al reconocer que sólo volaba por deporte y no con el fin de ganar dinero de la aviación, no presentaron afirmación de daños contra él.

Los hermanos Wright ganarían cada uno de los pleitos que se les adjudicarían con motivo de sus patentes.

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2.8 Vida en solitario de Orville Wright En 1912 Wilbur Wright contrajo la fiebre tifoidea y murió tres semanas después, el 30 de mayo, dejando a su hermano como presidente de la compañía. Orville no era un hombre de negocios, estaba más interesado en la investigación científica que en llevar la compañía; y aún lo estuvo menos cuando se enteró que estaba siendo usada con fines políticos.

Debido a que por contrato no podía retirarse de la empresa, propuso comprar la parte de la compañía de sus asociados ofreciéndoles un beneficio del uno por ciento sobre su inversión original. Aunque tuvo que pedir un préstamo (primer crédito contraído por los hermanos en relación con la aviación), llevó a cabo el plan comprando todas las partes excepto la del amigo Robert J. Collier. Varios meses después resolvería la deuda con los beneficios que la invención de la aeronave le daba.

Más tarde, The Wright Company se fusionaría con la compañía de Curtiss, permitiendo a Orville dedicarse a su investigación científica. De hecho, en 1913 recibiría un trofeo por la invención de un estabilizador automático. En 1916 se instaló en Dayton, donde realizaría experimentos con un túnel de viento.

Cuando estalló la Primer Guerra Mundial se formó Dayton Wright Company con Orville como director de ingeniería. La compañía se dedicaría a construir motores Liberty y la versión americana del avión DH-4, enfocándose Orville en el trabajo con la máquina De Havilland. Al finalizar la guerra no dejaría atrás sus experimentos, los cuales le llevarían a la invención del flap de intradós.

Durante el resto de su vida fue miembro de la NACA (Comité Consejero Nacional para la Aeronáutica). Moriría a los setenta y siete años en Dayton el 30 de enero de 1948.

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3 MONORRAÍL Y SISTEMA PROPULSOR (HÉLICES) DE LOS HERMANOS WRIGHT

Una vez analizadas a nivel general la vida e invenciones de los hermanos Wright en el apartado anterior, el informe se centra en dos de los elementos que junto con la incorporación del motor permitieron la construcción y el correcto funcionamiento del primer aeroplano creado por los hermanos Wright: el Flyer I (consultar para más información el 2.6). Aclamado por ser el primer avión capaz de volar de manera controlada [3], supuso un considerable impulso para el campo de la aviación.

Los dos dispositivos en estudio constituyen una contribución necesaria para el éxito del vuelo del primer avión de los dos hermanos. El primero de los elementos a analizar tuvo un papel importante en el despegue del aeroplano: el monorraíl. El segundo, en cambio, sería el encargado de generar el empuje del avión necesario no sólo para despegar sino también para mantener el vuelo: las hélices.

3.1 Monorraíl Un monorraíl es un solo carril que sirve como pista para vehículos de pasajeros o de carga [24]; fue inventado por el británico Henry Robinson Palmer en 1821 [25]. Este ingeniero civil lo ideó como una forma de reducir el gasto en el transporte de materia prima: al elevar la carga se obtenía una superficie perfectamente lisa y dura libre de obstáculos ajenos a los que los carriles cercanos al suelo están expuestos [26].

Sería ochenta y dos años después cuando los hermanos Wright usaran este invento para realizar el primer vuelo del Flyer I que cambió la historia de la aviación. A continuación se narra dónde se situó, de qué partes constaba y cómo se utilizó.

Ilustración 13. Vista frontal del Flyer I sobre el monorraíl de lanzamiento [1]

Para la localización del monorraíl se escogió una zona de Kitty Hawk en la que el suelo estaba prácticamente nivelado en dos o tres kilómetros a la redonda. La única excepción era el terreno que unía con las colinas, en el que se aseguraba tan solo unos cuatrocientos metros nivelados.

Con el fin de mejorar las posibilidades de alcanzar un vuelo exitoso decidieron obtener una base para el monorraíl lo más nivelada posible. Para ello cubrieron la sección de terreno en el que se 23

Monorraíl y sistema propulsor (hélices) de los hermanos Wright

tumbarían el raíl con sus correspondientes traviesas varios días antes con agua. Las ligeras depresiones del terreno fueron eliminadas gracias a la acción del agua de forma que se requiso poca preparación previa a la colocación del monorraíl.

Este monorraíl utilizado por los hermanos Wright en 1903 constaba de un carril estrecho de madera de 18,3 metros de longitud sobre el que deslizaba una plataforma rodante [6]. Dicha plataforma contaba con un eje que unía las dos pequeñas ruedas encargadas de permitir el deslizamiento sobre el raíl. A su vez, poseía una viga de madera encargada de soportar al aeroplano en su trayecto en tierra.

Durante el despegue, los dos patines del Wright Flyer I descansaban a ambos lados de la viga de la plataforma rodante. Para completar el soporte de la máquina y guiar al conjunto a lo largo del riel se incorporó un eje de bicicleta en el extremo delantero de los patines, justo por debajo del elevador (ver Ilustración 14). Una vez que el avión alzaba el vuelo se dejaba atrás la plataforma rodante [6].

Ilustración 14. Ubicación del eje que guía al aeroplano por el riel (indicación sobre imagen [6])

Cabe indicar que para la realización de los primeros cuatro vuelos no fue necesario el uso completo del monorraíl. Los vientos de más de 20 millas por hora de Kitty Hawk permitieron que el aeroplano se elevase en el momento en el que el piloto posicionaba las alas con el ángulo adecuado de vuelo. Para el primero de los intentos de vuelo la máquina abandonó el raíl a los dos tercios de su longitud. Los precisos cálculos previos a este despegue realizados por Orville Wright permitieron que situara a un operador con la máquina fotográfica en el lugar exacto para tomar la instantánea perfecta que inmortalizaría el primer vuelo de la historia de una máquina a motor más pesada que el aire controlada por un piloto a bordo (ver Ilustración 12).

El traslado de los hermanos a los prados de Huffman en 1904 supuso un cambio en las condiciones de vuelo. Dejaron las ventosas colinas de Kitty Hawk y tuvieron que adaptarse a volar sin los fuertes vientos de aquel lugar. Bajo esta nueva circunstancia, un cambio en el ángulo de ataque de las alas no era suficiente para alzar el vuelo.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Ilustración 15.Catapulta utilizada durante el despegue en 1901 en Fort Myer (FUENTE)

Para poder lanzar el avión con viento en calma incorporaron una torre de madera de seis metros de altura al monorraíl para construir una especie de catapulta que sostenía un peso de entre 544 y 726 kilogramos. Dicho peso fue unido en su parte superior mediante una polea simple a una polea compuesta (doble) asegurada en la parte superior de la torre. Desde la polea doble bajaba una cuerda hasta otra polea simple situada en la base de la torre y principio del riel; ésta continuaba por debajo del raíl hasta pasar por otra polea simple en el extremo opuesto del mismo y se unía mediante un gancho a la parte delantera del aeroplano. Al descender el peso por la torre, la cuerda tiraba del avión que, sostenido sobre la plataforma rodante, recorría el riel del monorraíl; una vez alzado el vuelo la cuerda se liberaba del gancho y el avión se separaba de la plataforma (la cual seguiría rodando por el raíl) [27].

Ilustración 16. Elementos de la catapulta utilizada en los prados de Huffman [27]

Monorraíl y sistema propulsor (hélices) de los hermanos Wright

Arriba se incluye un esquema de dicha catapulta que permite aclarar la composición de la misma (ver Ilustración 16). Se observa que la estructura principal está formada por la torre de perforación (1) y el riel del monorraíl (2). En cuanto al mecanismo incorporado, se detalla la unión del peso (3) mediante una polea simple (4) a una cuerda unida a la polea doble (5).En la imagen aparecen el resto de elementos del mecanismo: las dos poleas simples (6) y (7) que conducen a la cuerda enganchada a la parte frontal del aeroplano (no se incluye dicha unión en el esquema). Por último se señala la plataforma rodante sobre la que va apoyada la máquina (8) [27].

A parte de permitir el despegue en lugares con menos viento, la adición de la catapulta supuso que los hermanos Wright empezaron a realizar vuelos más largos y observaron que se estrellaban con menos frecuencia. Como consecuencia, se atrevieron a volar más alto [27].

Para obtener más información sobre el monorraíl utilizado por el Flyer I en sus primeros despegues consultar el 5.1 en el que se especifican los elementos de los que consta además se explica cómo se ha modelado en CATIA una reproducción del mismo.

3.2 Sistema propulsor (hélices) Una hélice es un dispositivo mecánico constituido por un número variable de aspas o palas colocadas de forma concéntrica que al girar alrededor de un eje producen una fuerza propulsora. Las palas, encargadas de convertir su movimiento rotativo en empuje, están formadas por un conjunto de perfiles aerodinámicos con distintos ángulos de incidencia (mayores en la raíz y menores en la punta) con el fin de obtener una fuerza de propulsión uniforme (compensando que las velocidades alcanzadas en la zona más alejada del eje son mayores). La hélice se acopla directamente o a través de engranajes o poleas (reductores) al eje de salida de un motor, encargado de proporcionar el movimiento de rotación. El giro de la hélice acelera al flujo de aire hacia el borde de salida de cada perfil de la pala, a la vez que lo deflecta hacia atrás consiguiendo acelerar una gran masa de aire en ese sentido que provoca una fuerza de reacción que es la que propulsa el avión hacia adelante [28].

Las primeras hélices aplicadas a la aviación fueron talladas a mano a partir de bloques o láminas de madera. Más tarde se sustituiría el uso de la madera por el de metal. Hoy en día, los modernos diseños de hélices utilizan materiales compuestos de alta tecnología con el fin de obtener hélices más ligeras y resistentes [29].

“El empleo de hélices como elemento propulsor en aviación ha decaído por la progresiva utilización de la propulsión por turbinas de gas, cada vez más potentes, ligeras, y con consumos más ajustados. No obstante, aunque la propulsión por hélice es poco utilizada en aviación comercial, su uso está generalizado en aviones ligeros” [28].

En este sub-apartado se explicará cómo el reto de introducirse en el vuelo propulsado les llevaría a los hermanos Wright a diseñar sus propias hélices y algunos detalles del proceso. A su vez se incluye un breve análisis de la evolución de sus hélices entre 1903 y 1912 analizadas.

Las hélices usadas en el Flyer de 1903 constituyeron uno de los aspectos más innovadores implementados por los hermanos Wright [30] a pesar de que en un principio pensaran que eran simplemente elementos que se unirían al motor siendo este último el único importante [3130].

En los primeros momentos en los que se introdujeron en el mundo del vuelo propulsado (diciembre de 1902) su principal preocupación se centraba en el peso de la planta propulsora, por lo que trataron de encontrar un motor de gasolina ligero (un modelo de entre seis y seis con siete 26

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) kilovatios de potencia que pesase menos de 12 kilogramos por kilovatio) al que incorporar hélices basadas en los diseños de las utilizadas en náutica [3130].

Sin embargo, los fabricantes de motores de gasolina no pudieron encontrarle uno que satisficiera sus necesidades; por ello, los hermanos Wright junto con su mecánico, Charlie Taylor, se vieron forzados a construir uno ellos mismos. Empezaron en enero de 1903 y lo construyeron en seis semanas [3130].

Para el diseño de las hélices pensaron adaptar la teoría de diseño de hélices marinas sustituyendo las tablas de presión por las suyas propias estimando previamente el rendimiento de las hélices. Sin embargo, cuando Wilbur Wright se puso estudiar el diseño de hélices propulsoras utilizadas en náutica a través de libros pertenecientes a ingeniería marina de la librería pública de Dayton comprendió que el proceso de diseño de una hélice propulsora aplicada a la aviación sería más empírico que teórico. La teoría de diseño de hélices de navíos no era aplicable por dos razones [3130]:

• La mayor densidad del agua ayudaba a las hélices marinas a producir empuje a través del cambio de momento.

• La posibilidad de cavitación imposibilita la comparación entre la sustentación de una superficie y la propulsión marina. La cavitación es un estado en el que se encuentra una hélice marina “cuando por fenómenos mecánicos o dinámicos comienza a formarse vapor o tomar aire a lo largo de las secciones de las palas y que conlleva un pérdida de rendimiento” [32].

Debido a que su pequeño capital no les permitía desarrollar un plan de “prueba y error” para el diseño de unas hélices eficientes decidieron estudiarlas desde un punto de vista teórico. En la búsqueda de la geometría óptima para las hélices concluyeron visualizarlas como secciones de ala en rotación que se mueven en un aire ya acelerado por el disco de la hélice antes de encontrarse con dichas secciones de la pala, forma de entender la hélice no obvia para muchos en la época. [3130] Como resultado del estudio desarrollaron una teoría que les permitiría diseñar las hélices que implementarían en su máquina de 1903. Dichas hélices estarían formadas por palas torcidas de forma que el ángulo de incidencia fuera mayor en el centro debido a que esta zona se movería a menor velocidad que la punta (como se ha indicado al principio de este apartado) [33].

Los hermanos Wright decidieron utilizar en su primer aeroplano dos hélices debido a que esta disposición ofrece una gran eficiencia y permite neutralizar los efectos giroscópicos de las palas giratorias mediante la incorporación de giro de las hélices en direcciones opuestas. Para transferir la potencia desde el motor a las hélices idearon una disposición sencilla de cadena y rueda dentada que iba desde el cigüeñal del motor a un par de ejes de hélices de acero. En el apartado 5.2 se puede encontrar información más detallada respecto al sistema de transmisión y estructura de sujeción incorporada en el Flyer I.

Para la etapa empírica del diseño de las hélices utilizaron el nuevo túnel de viento que les permitiría calcular la superficie sustentadora que maximizara el empuje (sustentación) y minimizara el par (“deriva” local o resistencia multiplicada por el radio local). Algunos de los inconvenientes encontrados en dicho proceso son [31][30]:

• El pequeño tamaño del túnel no serviría para obtener resultados realistas del número de Reynolds o datos precisos de la sección transversal.

Monorraíl y sistema propulsor (hélices) de los hermanos Wright

• El funcionamiento de la hélice calculado, que correspondía con el generado cuando la máquina voladora permanecía estática, sería diferente en vuelo: la relación entre el aire incidente y la hélice en rotación cambiaría.

Sin embargo, los datos obtenidos les permitieron diseñar sus propias hélices siendo la “superficie sustentadora número 9” (pala de perfil en arco circular con una curvatura de 5% de la cuerda) la más eficiente en cuanto a la relación sustentación-resistencia obtenida en el rango de ángulos de ataque que las hélices adoptarían y que la incorporarían como base en sus diseños. El cómo obtuvieron la posición idónea del centro de presiones o la distribución del ancho de la pala con respecto al radio se desconocen [31][30].

Tras realizar pruebas en diciembre de 1902 a una hélice de menor escala en el túnel de viento observaron que el empuje que generaba variaba de forma cuadrática con la velocidad de la hélice. En febrero de 1903 construyeron su primera hélice a tamaño real, la cual predecían que tendría una eficiencia del sesenta y seis por ciento. Para principios del otoño de ese mismo año construirían las hélices que embarcarían a bordo tanto del Flyer I como del Flyer II (aeroplano de 1904) [31][30].

Realizar pruebas a las hélices resultó ser una tarea complicada debido a que no tenían instrumentos que midieran las actuaciones de las mismas en vuelo entre otras razones. Para testearlas probaron la máquina estática con la punta de una de las alas bajas restringida y la otra atada a un saco de arena y a una balanza. Como conclusión se dedujo que cada hélice producía doscientos noventa y ocho newtons de empuje cuando giraba a treinta y seis con sesenta y cinco radianes por segundo en invierno aproximadamente. La inexactitud de la medida calculada con la máquina estática es debida a los siguientes hechos [31][30]:

• El Wright Flyer no poseía acelerador que permitiera controlar la velocidad del motor.

• Se desconoce si la velocidad de la hélice fue medida o estimada usando su cuentarrevoluciones.

• No se registraron las condiciones atmosféricas del momento en el que se realizó la medida.

• Al no saber la ubicación exacta de la restricción de la punta del ala ni de la línea que se unía a la balanza y debido también a la asimetría del Flyer se desconoce la exactitud de la calibración del banco de pruebas de empuje estático.

• Tampoco se conoce la calibración de la balanza utilizada.

• Las características operativas del motor de los hermanos Wright cambiaba rápidamente en función de su estado de calentamiento.

Solucionaron el problema de controlar la velocidad de la hélice utilizando un motor de una sola velocidad cambiando los piñones utilizados; esto permitió que probasen el funcionamiento de las hélices para distintas condiciones de vuelo simuladas [31].

Las hélices utilizadas por los hermanos Wright poseían 2591 milímetros de diámetro y fueron construidas a partir de varias láminas de madera de abeto. Utilizaron hacha y cuchilla de dos mangos para conseguir la forma deseada de las palas [30]. Se puede consultar información adicional en el sub-apartado 5.2.1.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Como indica John H. Lienhard, profesor emérito de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de de Houston, que las hélices de los constructores contemporáneos que no tuvieron tanto éxito (como Samuel P. Langley, Gustave Whitehead o Hiram Maxim) propusieran las mismas formas triangulares, que nada tenían que ver con las de Wilbur y Orville, es otro detalle que se suma a que se pueda afirmar que los hermanos Wright fueron los inventores del aeroplano [33].

Las palas de las hélices originales usadas en sus dos primeros aeroplanos (Flyer I y Flyer II) se romperían al estrellarse el último de ellos durante una demostración para la prensa el 26 de mayo de 1904. Desgraciadamente, las grandes piezas que se rescataron fueron alcanzadas por una inundación en Dayton en 1913 y sólo se conservan fragmentos en el NASM y el NPS (Servicio de Parques Nacionales) [31][30].

A partir de 1911 los hermanos Wright incorporaron un nuevo tipo de hélices a sus aviones cuyo diseño habían desarrollado en 1905 y que utilizaron de forma estándar para sus máquinas a partir de 1912. Se trataba de unas hélices formadas por palas cuyos extremos no seguían la distribución lineal de giro sino que permanecían doblados. Las modificaciones implementadas desde la primera de las hélices diseñadas (1903) hasta la de extremos doblados (1911) seguían las siguientes tendencias [34]:

• Reducción del grosor de las hélices y, por consiguiente, disminución del peso de las mismas.

• Mantener la longitud de las palas en 2591 milímetros por dos razones:

o La utilización de diámetros de hélice grandes resultaba beneficiosa al rotar a bajas velocidades de rotación.

o Dicha longitud se situaba cercana al límite máximo que podía utilizarse en el diámetro de una hélice. Para afirmar esto se basaban en el accidente en el que murió Thomas Selfridge mientras utilizaba una hélice de 2743 milímetros de diámetro el 17 de septiembre de 1908.

• Modificación de la forma de las palas utilizadas (ver Ilustración 17).

Ilustración 17. Reproducción de las hélices de los hermanos Wright utilizadas desde 1911 (izquierda) hasta 1903 (derecha)[34]

Monorraíl y sistema propulsor (hélices) de los hermanos Wright

La organización sin ánimo de lucro “The Wright Experience” muchos años más tarde analizaría los restos conservados en el NPS de la primera hélice utilizada por los hermanos Wright en sus primeros aeroplanos. A pesar de que las piezas de madera estaban deterioradas, consiguieron reconstruir las hélices mediante la alineación de las láminas de abeto trabajando con representaciones digitales de la superficie de la pala de la hélice. Para completar la hélice digital se aplicó simetría a la parte no incluida en los restos de la pala rota. A partir de dichos datos consiguieron reproducir, utilizando los mismos métodos de construcción que los hermanos Wright, la hélice original con una precisión de la superficie inferior al milímetro [34].

En 1999 empezaron a trabajar con la Universidad de Old Dominion y el Centro de Investigación Langley de la NASA con el fin de probar las hélices del Wright Flyer. Para ello utilizaron el túnel de viento de la Universidad de Old Dominion y una balanza calibrada, proporcionada por el Centro de Investigación Langley de la NASA, situada entre el cubo de la hélice y el eje de transmisión encargada de medir par y empuje. A diferencia de los hermanos Wright, con este experimento se pudo caracterizar el rendimiento de la hélice en un rango de condiciones de vuelo mediante la variación de la velocidad del túnel de viento. Los resultados de los experimentos fueron bastante sorprendentes en comparación con el valor de rendimiento del 66% calculado por Wilbur en marzo de 1903 [34]:

• Se demostró que la hélice de 1903 poseía una eficiencia máxima del 82%.

• Se calculó, a partir de los datos Wilbur Wright, que las hélices utilizadas durante el cuarto de los vuelos realizados el 17 de diciembre de 1903 estaban operando con un eficiencia de poco más del 75% durante el vuelo estacionario.

• “The Wright Experience” también analizaron las reproducciones de la hélice de extremos doblados de los hermanos Wright de 1911. Usando análisis computacional de dinámica de fluidos aplicando la ecuación completa de Navier-Stokes se calcularon eficiencias máximas de casi el 87%.

Hoy en día el rendimiento de las hélices se sitúa en torno a un 90% [35], valor al que se acercaron bastante los hermanos Wright hace más de un centenario. Desgraciadamente la metodología seguida en sus diseños no se menciona en la literatura contemporánea, a pesar de que estaban alcanzando rendimientos de la hélice en 1905 que sólo otros lograron después de la Primera Guerra Mundial. Sin embargo, se sabe que utilizaron la teoría del elemento de pala y que ya entendían la teoría del Momentum (Rankine – Froude) [34].

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

4 HERRAMIENTA DE CAD: CATIA V5

“Toda producción que aplique tecnología, desde piezas mecánicas para una industria hasta equipos altamente sofisticados como un satélite de comunicaciones, implica pasos y procedimientos precisos dirigidos a alcanzar con éxito el resultado buscado. En ellos debe incluirse los costos previstos y, particularmente en la industria dirigida al mercado masivo, la competitividad adecuada. A esto deben sumarse acciones relacionadas con la programación de la utilización de personal, maquinaria y sistemas, locales, logística y hasta flujos económico-financieros.

En los comienzos de la era industrial y hasta mediados del siglo XX esos pasos se realizaban artesanalmente y con una pesada carga de papelería administrativa, lo que representaba un notable esfuerzo humano y costos agregados a la producción propiamente dicha.

La aparición del manejo automatizado de datos en la década de 1950 significó una verdadera revolución que se propagaría exponencialmente a todos los campos de la actividad humana, incluyendo obviamente la producción tecnológica. En esa época el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) creó la primera pantalla gráfica capaz de representar dibujos simples de forma no interactiva, así como el novedoso concepto de programación de control numérico” [36].

Las décadas posteriores (particularmente a partir de los 90) se caracterizaron por la explosiva evolución del hardware, el software y las comunicaciones. Esto llevó a una automatización cada vez más completa de los procesos industriales en los que se generalizó la integración de las diversas técnicas de diseño, análisis, simulación y fabricación. Más aún, la automatización de datos se amplió a todo el ámbito de la empresa, incluyendo la gestión de stocks, ventas, distribución de productos y hasta los aspectos económico-financieros [36].

A principios del XXI, las empresas del sector industrial ya utilizaban con gran frecuencia diferentes tipos de herramientas informáticas para diseñar, modelizar, analizar y fabricar sus productos. Una gran parte de los agentes involucrados en las diferentes actividades llevadas a cabo en dichas empresas, tales como responsables de desarrollo de producto y control de calidad, aseguraban que el empleo de estas herramientas reducía tiempos y costes, ya que, por una parte posibilitaban la realización de pruebas rápidas, que permitían comprobar los diseños iniciales acelerando la fase inicial del diseño y proporcionando, además, los medios para la implementación de una fabricación estandarizada [37].

En la actualidad la tecnología asistida por ordenador ha dejado de ser una opción para convertirse en la única alternativa existente cuando se pretende competitividad o un alto grado de calidad y confiabilidad en el desarrollo de grandes obras o productos de gran sofisticación [36].

A continuación se indican algunas de las tecnologías por ordenador que se utilizan en el ciclo de un producto centrándose en aquellas dedicadas a las fases de diseño y fabricación. Tras ello se explicará el proceso selectivo llevado a cabo para escoger la herramienta informática que se usará para realizar el modelado. Finalmente se incorpora un sub-apartado que expone las herramientas de dicho programa que se utilizarán para realizar la reproducción virtual planteada.

4.1 Tecnologías asistidas por ordenador Las tecnologías asistidas por ordenador o Computer-aided technologies (CAx) es un término amplio que se refiere al uso de tecnologías por ordenador para ayudar en el diseño, análisis y fabricación de un producto. Su función principal es la de permitir gestionar de forma integrada: modelado 3D, planimetría, documentación, materiales, procesos, prototipado, entre otros, en una 31

Herramienta de CAD: CATIA V5

plataforma concurrente de información, a la cual tienen acceso distintas áreas de la empresa (diseño, marketing, ingeniería) y que permite a los diferentes participantes acceder y editar con un lenguaje común las características del producto, optimizando sus tiempos de desarrollo e inserción en el mercado [38]. Los objetivos que se consiguen al adoptar la utilización de un sistema de CAx son los siguientes [39]:

• Reducción de los tiempos de diseño y puesta en mercado del producto.

• Reducción de costes de desarrollo y producción.

• Mejora y homogeneización de la calidad del producto.

• Mejora de la flexibilidad del sistema de diseño y producción.

• Integración de las aplicaciones usadas en la empresa: ingeniería, producción, distribución, compras, ventas, administración y mantenimiento.

• Seguimiento del producto durante su ciclo de vida.

• Permitir el acceso rápido y sencillo a los datos de diseño y comportamiento del producto.

• Facilitar los flujos de información en la compañía.

• Escalabilidad de las aplicaciones para incorporar prestaciones necesarias para nuevas exigencias.

Estos objetivos se consiguen gracias a que la utilización de tecnologías asistidas por ordenador presenta las siguientes ventajas [39]:

• Aumento de la capacidad creativa, al realizar el ordenador la mayoría de las tareas mecánicas.

• Minimización del tiempo de dibujo, al emplear funciones de simetría, traslaciones, diseño variacional, diseño paramétrico, acotación automática, patrones de dibujo, personalización de menús, etc.

• Reducción de errores al poder verificarse y revisar planos y diseños después de una modificación.

• Disminución del plazo de ejecución de un proyecto, pues la velocidad que permite el sistema en la fase conceptual del diseño y la integración de información en todas las etapas del proceso de diseño permiten acortar el tiempo de lanzamiento del producto.

• Posibilidad de integrar toda la información en una base de datos.

• Normalización actualizada, pues al elaborar un plano, las normas se tienen en cuenta automáticamente y permiten, además del cumplimiento puntual de las novedades, la actualización de los archivos de proyectos a la normativa vigente.

A lo largo de los distintos procesos que tienen lugar desde el diseño pasando por la fabricación y expedición hasta la salida de un producto del mercado se manejan diferentes herramientas avanzadas de CAx. En la Tabla 5 se recogen las más destacadas siendo algunas de ellas ya de uso generalizado. 32

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Tabla 5. Herramientas de CAx [36] [39]

CAD Diseño Asistido por Ordenador CAM Fabricación Asistida por Ordenador CAD/CAM Diseño y Fabricación Asistida por Ordenador CAE Ingeniería Asistida por Ordenador CIM Fabricación Integrada Asistida por Ordenador CAPP Planificación de Procesos Asistida por Ordenador PDM Gestión de Datos del Producto PLM Ciclo de Vida del Producto MRP Planificación de Necesidades de Materiales ERP Sistema de Planificación de Recursos Empresariales RP Prototipado Rápido RE Reverse Engineering VR Realidad Virtual CAT Pruebas Asistidas por Ordenador CAT&M Pruebas Asistidas por Ordenador y Mantenimiento ECM Fabricación con Conciencia Ambiental

A continuación se incluye un gráfico en el que se indica en qué fases del ciclo de vida de un producto se utilizan algunas de estas tecnologías con el fin de entender mejor cuál es el ámbito de actuación de dichas herramientas. Si se desea información más detallada al respecto consultar el “Anexo 2: Definiciones de algunas CAx´s” en el que se recogen las definiciones de cada uno de los términos recogidos en la tabla.

Ilustración 18. Tecnologías aplicadas a cada fase del ciclo de un producto [39]

4.2 Tecnologías CAD, CAE y CAM Como se ha podido concluir del apartado anterior, desde el diseño hasta la fabricación de un producto se manejan diferentes herramientas informáticas. Este apartado se centra en el estudio de tres herramientas informáticas utilizadas en dicho proceso:

Herramienta de CAD: CATIA V5

• Diseño Asistido por Ordenador (CAD), cuyo fin es el de realizar el modelado geométrico.

• Ingeniería Asistida por Ordenador (CAE), para analizar el comportamiento mecánico.

• Fabricación Asistida por Ordenador (CAM), a la hora de llevar a cabo la fabricación.

“Históricamente, los sistemas CAD comenzaron como una ingeniería tecnológica computarizada, mientras los CAM eran una tecnología semiautomática para el control de máquinas de forma numérica. Pero estas dos disciplinas, que nacieron separadamente, se han ido mezclando gradualmente hasta conseguir una tecnología suma de las dos; de forma que los sistemas CAD/CAM son considerados, hoy en día, como una disciplina única” [40]. La evolución hacia esta gestión integral se ha debido, en gran medida, a que se trata de una tecnología “fundamental para obtener ciclos de producción más rápidos y productos elaborados de mayor calidad” [40].

Tradicionalmente, los suministradores de sistemas CAD eran empresas diferentes de las dedicadas al desarrollo de soluciones CAM, pero se ha observado en ambos casos una tendencia al solapamiento (determinados sistemas CAM incluían funciones de CAD y viceversa); sin embargo, de un modo general cabe afirmar que unos y otros han seguido en su desarrollo caminos paralelos [40].

Por otro lado aparece la ingeniería Asistida por Ordenador (CAE) con el fin de analizar la geometría generada por las aplicaciones de CAD, permitiendo al diseñador simular y estudiar el comportamiento del producto para refinar y optimizar dicho diseño. Al introducir este tipo de tecnología se evita la pérdida de tiempo y dinero asociada a la construcción y evaluación de prototipos reales [41].

Ilustración 19. Ciclo típico de un producto (indica cuándo se aplica CAD,CAE y CAM) [41]

Para comprender cómo se relacionan dichas tecnologías se recurre al ciclo de un producto (ver Ilustración 19). En el proceso de convertir un concepto o idea en un producto es necesario pasar 34

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) por dos procesos principales: uno de diseño (CAD) y otro de fabricación (CAM). “A su vez, dentro del proceso de diseño se ubica una etapa de análisis en la que se verifica, optimiza evalúa el producto concebido (CAE). Una vez finalizadas las etapas CAD/CAE se aborda la de fabricación en la que, en primer lugar se planifican los procesos a realizar los recursos necesarios, pasando después a la fabricación del producto. Como último paso se realiza un control de calidad del producto resultante antes de pasar a la fase de distribución y marketing” [41].

Las tecnologías CAD, CAE y CAM, encargadas de automatizar y aumentar la eficiencia de ciertas tareas del ciclo de un producto, se han desarrollado de forma separada. Pero la búsqueda de integrar las actividades de diseño y fabricación del ciclo de un producto llevó a que se hablara de Fabricación Integral Asistida por Ordenador (CIM). El objetivo de ésta es usar una única base de datos que integre toda la información de la empresa, a partir de la cual se pueda realizar una gestión integral de todas las actividades de la misma [41].

El uso de sistemas CAD/CAM/CAE han abierto posibilidades para el rediseño y fabricación impensables sin estas herramientas. Con la integración cada vez más efectiva de estos tres elementos se obtienen los siguientes beneficios [40]:

• Notable aumento de la productividad.

• Disminución del coste de producción.

• Adaptabilidad rápida de la producción a las fluctuaciones y exigencias del mercado.

• Mejora considerable de la calidad fiabilidad de la producción.

• Promoción profesional del técnico y obrero, y utilización más eficaz de la maquinaria.

“Hoy en día existen programas que intentan abarcar estas tres tipologías de programa mencionadas anteriormente. Sin embargo, el grado de especialización no llega a ser satisfactorio, por lo que es muy frecuente recurrir a programas de diferente origen que nos permitan acometer cada una de las tareas que tenemos que realizar hasta la fabricación del producto. La mayoría de estos programas cuentan con un amplio repertorio de posibilidades de exportación de ficheros, que permiten intercambiar el trabajo entre programas y posteriormente editarlo, por lo que se ve justificada su elección” [37].

“Esto no quiere decir que un programa de CAD general no sea útil. Se puede tener una aplicación especializada partiendo de un programa general que se complementa con cualquiera de las muchas utilidades existentes en el mercado para sectores como la arquitectura, ingeniería, topografía, presentaciones fotorrealistas, etcétera. Uno de los inconvenientes del CAD específico es la dependencia casi absoluta de la empresa fabricante, que se encargará de las actualizaciones, librerías, mantenimiento…” Por el contrario, los programas más populares de CAD poseen empresas asociadas encargadas de realizar aplicaciones de especialización [40].

“En general, la adquisición de software de CAD general es más barata que la de programas específicos y permite una mayor libertad al usuario para decidir cómo quiere especializar su sistema.” Sin embargo, al ser distintas empresas quienes realizan la aplicación genérica y la complementaria, hay ocasiones en que no se logra el nivel deseable. Esto ha llevado a que el fabricante de CAD general haya optado por crear sus propios programas de CAD específico [40].

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4.2.1 Análisis comparativo de herramientas informáticas CAD/CAM/CAE En este sub-apartado se presentará un estudio de los softwares utilizados para las tecnologías CAD, CAM y CAE para su aplicación en la ingeniería mecánica. Está basado en el artículo “Análisis Comparativo de Herramientas Informáticas CAD-CAM.CAE Utilizadas en Ingeniería Mecánica” presentado en el “XX Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica” [37].

Dicho artículo recoge un estudio realizado en el año 2013 con estudiantes que han manejado diferentes programas informáticos CAD-CAM-CAE con el fin de identificar los programas más idóneos. Para este propósito se midió el grado de aprovechamiento por parte de los usuarios en términos de facilidad de aprendizaje, conocimientos adquiridos y el grado de destreza alcanzados con los mismos [37].

Para identificar los programas de uso más extendido (a partir de los cuales se realizaría el estudio) se consultaron las siguientes revistas electrónicas: 3DCrearire, AutoCAD Magazine, Cadalyst, AEC Newsroom, CAD User, CADCAMNeT, Desktop Engineering, Develop3D y CAD/CAM/CAE Observer. Una vez realizada la búsqueda se identificó un total de 74 programas CAD-CAM-CAE. Posteriormente, se investigó la demanda de profesionales con experiencia en este tipo de programas a través de los portales de búsqueda de trabajo Infojobs, Monster y Mitula, seleccionándose finalmente 9 programas (ver Tabla 6) [37].

Tabla 6. Programas de CAD/CAM/CAE escogidos tras el estudio [37]

CAD CAM CAE SolidWorks CamWorks Abaqus Solid Edge Siemens NX Femap Autodesk Inventor Cafia V5 Ansys

Una vez realizados todos los análisis, los programas más idóneos, según características de aprendizaje, campo de aplicación y rendimiento, son los recogidos en la siguiente tabla.

Tabla 7. Herramientas informáticas seleccionadas según campo de aplicación [37]

Herramienta Utilización Autodesk Inventor 2012 Diseño de piezas y de conjuntos mecánicos Solid Edge ST4 Diseño de piezas y de conjuntos mecánicos Siemens-UGS NX 7.5 Fabricación de piezas Catia V5 R19 Fabricación de piezas Femap Análisis y simulación de diseños de ingeniería realizados con ordenador Simulia Abaqus Análisis y simulación de diseños de ingeniería realizados con ordenador

Es necesario indicar que no se incluyeron los excelentes programas SolidWorks, 3DS Max, Ansys y Proengineer en el estudio debido a la escasez de tiempo que se disponía en horas prácticas en las Universidades para que los usuarios en estudio alcanzasen una destreza aceptable [37].

4.3 Selección del software En el apartado anterior se han seleccionado los softwares más idóneos según su aplicación a tecnologías CAM, CAD y CAE. Sin embargo, se trata de un estudio basado en su aplicación a la ingeniería mecánica en general. Por ello, aunque el estudio anterior nos sirve para entender a grandes rasgos las herramientas informáticas más adecuadas y cómo realizar un proceso 36

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) selectivo, se hace necesario realizar un análisis propio para escoger del software idóneo para su aplicación en el presente proyecto.

En primer lugar es necesario definir las premisas que se utilizarán como base del proceso selectivo del software. Las condiciones determinadas para la elección del programa son:

• Permitir tecnologías de CAD.

• Tener aplicación en el sector de la aeronáutica.

• Ser intuitivo y que existan manuales de utilización.

La primera premisa se relaciona con la función que debe llevar a cabo el programa seleccionado: reproducir virtualmente los sistemas en estudio del avión de los hermanos Wright. Por tanto, debe ser un software que permita el diseño de piezas.

El segundo requisito se ha fijado teniendo en cuenta que uno de los objetivos del presente proyecto es el de modelar con dicho software sistemas de un aeroplano, es decir, será aplicado al sector de la aeronáutica. A esta razón se suma que esta elección permite al autor del proyecto profundizar en del campo de aplicación de sus estudios.

La última condición se ha incluido para evitar escoger programas demasiado nuevos de los que no se tenga la suficiente información y haya que dedicar demasiado tiempo al estudio del software antes de aplicarlo, puesto que ello implicaría desviar el objetivo del proyecto.

Teniendo en cuenta dichas premisas, el proceso selectivo se dividirá en varias fases:

1. Determinar los distintos tipos de softwares de CAD existentes.

2. Seleccionar los más populares.

3. Investigar qué empresas utilizan dichos softwares.

4. Escoger aquellos programas que se apliquen a empresas del sector aeronáutico.

5. Seleccionar el programa más utilizado

6. Estudiar las distintas versiones que ofrece dicho programa

Hoy en día se ofrecen multitud de programas con aplicaciones tipo CAD. Debido a la gran cantidad de softwares de CAD existentes, se ha decidido trasladar el listado [42] de los mismos al anexo 3 donde se organizan según sus características o campo de aplicación. De entre todos estos programas de CAD, se pueden destacar nueve de ellos por su popularidad [42] (ver Tabla 8).

Tabla 8. Softwares de CAD más populares [42]

Autodesk Alias Design Autodesk Inventor Ashlar-Vellum Xenon Dassault Systemes CATIA Dassault Systemes SolidWorks PTC Creo Parametric (antes Pro/Engineer) Robert McNeel &Associates Rhinoceros 3D Siemens Solid Edge Siemens NX8

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Para llevar a cabo estas dos primeras fases en las que se determinan los softwares más populares de CAD se ha hecho uso de los datos recogidos en el libro “CAD and Rapid Prototyping for Product Design” [42] publicado en mayo del 2014.

El siguiente paso consiste en determinar qué empresas utilizan dichos softwares. Para ello, se ha consultado los datos de la red profesional LinkedIn, que ofrecen listados de las salidas profesionales asociadas a los distintos softwares en estudio. En el anexo 4 se recogen los gráficos que indican el número de profesionales que utilizan los softwares de CAD especificados clasificados según las compañías en las que trabajan. Cabe indicar que no se ha incluido en el estudio el programa Ashlar-Vellum Xenon debido a que la web utilizada como base selectiva no ofrecía un estudio del ámbito de aplicación de dicho programa.

Los programas de diseño que pasan la fase cuarta, es decir, que tienen aplicación en el sector aeronáutico son:

Tabla 9. Programas de CAD de aplicación en compañías del sector aeronáutico

Autodesk Inventor Dassault Systemes CATIA Dassault Systemes SolidWorks PTC Creo Parametric (antes Pro/Engineer) Siemens Solid Edge Siemens NX8

Para poder acotar el número de programas que pasan a la siguiente fase se utilizará como referencia el número de profesionales dedicados a dichos programas que trabajan en la mayor compañía aeroespacial del mundo, Boeing [145][44], según los datos recaudados de la web LinkedIn.

Tabla 10. Profesionales expertos en distintos softwares que trabajan en Boeing

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0 CATIA SolidWorks Nx Autodesk Solid Edge Creo Ungraphics Inventor Parametric

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

A raíz del estudio anterior (consultar Tabla 10) se determina que el programa más utilizado según la plataforma escogida como referencia en el proceso de selección es CATIA, de la multinacional europea Dassault Systemes.

El siguiente paso será determinar qué versión de dicho programa será la escogida para realizar el modelado requerido en el presente proyecto. Para ello primero se explicarán qué versiones existen de dicho software.

Dassault Systemes actualmente está distribuyendo CATIA en sus versiones 5 y 6, política de desarrollo muy particular pero que tiene su sentido. Dassault creó CATIA en UNIX para dar solución al sector aeronáutico y, poco a poco, fue desarrollándolo y mejorándolo hasta llegar a su versión 4. Tanto las prestaciones como soluciones que ofrecía le llevaron a implantarse fuertemente en sectores estratégicos como son el de automoción o la aeronáutica. Con la aparición de la versión 5, Dassault dio un giro de tuerca espectacular, creando desde cero esta versión pero mejorando todo lo bueno que ofrecía la 4. La nueva versión era más amigable y fácil de usar, utilizaba soluciones totalmente parametrizadas y, además, todo ello en Windows. Desde entonces empezó a afianzarse en otros sectores aparte de los de automoción y aeronáutica [45].

En 2009 salió al mercado la nueva versión (seis), “una plataforma de trabajo PLM virtual en la que se integran otras soluciones de forma compartida que busca la integración completa del diseño y los procesos de fabricación gestionándolos de forma unificada en un sistema central de bases de datos.” A diferencia con la evolución entre las versiones 4 y 5, esta nueva trabaja con las mismas herramientas y siguiendo la misma estructura, garantizando la compatibilidad entre los dos sistemas. La gran diferencia radica en la forma de gestionar los modelos, mientras que la versión 5 trabaja con estructura de ficheros guardados en disco, en la 6 toda la información es almacenada en un base de datos [45].

Por el momento y de forma indefinida, seguirán desarrollando y dando soporte de forma conjunta tanto en versión 5 como en 6, sacando cada año nuevas actualizaciones (siendo la más reciente V5-6R2014 [46]).

Por tanto, existen dos posibles versiones que se pueden utilizar del programa seleccionado CATIA para realizar el modelado de las piezas anteriormente detalladas del aeroplano de los hermanos Wright: la 5 y la 6. Finalmente se ha escogido CATIA en su versión 5 teniendo en cuenta la tercera premisa fijada como base del proceso selectivo, ya que por ser más reciente la versión 6 existirían menos manuales de utilización. En cuanto a la actualización, se aplicará la release 19.

4.4 CATIA V5 Este apartado del informe explica las herramientas que se utilizarán del programa CATIA en su versión 5 para la realización del modelado del monorraíl utilizado por el Wright Flyer I y del sistema propulsor (hélices) que incorpora dicho avión. Para ello se explicará cómo se organiza de manera general este software. La redacción de este bloque del documento se ha basado en la experiencia del autor con el programa y se ha utilizado como apoyo teórico “El libro de Catia V5: Módulos Part Design, Wireframe & Surface, Assembly design y Drafting” [47].

CATIA V5 dispone de una gran variedad de módulos que se agrupan en talleres de trabajo. El número de módulos ha crecido a medida que se han ofertado nuevas release de forma que se ha ido ampliando el campo de aplicación del programa. Cada uno de dichos módulos ofrece distintas herramientas, las cuales se recogen en menús en forma de paletas. Al conjunto de dichas paletas se le denomina workbench (banco de trabajo) [47]. 39

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Ilustración 20. Talleres de trabajo (izquierda) y módulos del taller Mechanical Design

En lugar de explicar todos los módulos que posee CATIA V5, este informe se centrará en los más útiles para llevar a cabo el presente proyecto: los aplicados al modelado de sólidos. Desde este punto de vista, uno de los talleres más utilizados es el Mechanical Design (ver Ilustración 20), en el cual se pueden encontrar algunos módulos de gran aplicación para dicho cometido (ver Tabla 11).

Tabla 11. Módulos destacados del taller Mechanical Design [47]

Módulo Utilización Part Design Diseño de sólidos Assembly Design Ensamblaje de las partes de un conjunto Sketcher Diseño 2D para formar perfiles con los que construir sólidos Drafting Crea la documentación gráfica produciendo planos con vistas Wireframe & Surface Design Generación de superficies

Por otro lado, también se pueden utilizar para el diseño algunos módulos procedentes de distintos talleres de trabajo a parte de los recogidos en Mechanical Design (ver Tabla 12).

Tabla 12. Módulos dedicados al diseño que no pertenecen al taller Mechanical Design [47]

Módulo Taller Utilización DMU Kinematics Digital Mockup Genera mecanismos y los anima Catalog Editor Infrastructure Crea catálogos de piezas Knowledge Advisor Knowledge ware Aplica conocimiento al diseño

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Sin embargo, a pesar de que como se ha visto existen varios módulos para aplicarlos al modelado de sólidos, no todos ellos son compatibles entre sí. Es necesario tener en cuenta el tipo de archivo asociado a cada módulo para poder realizar operaciones dentro de un mismo modelo desde módulos distintos [47].

A continuación se recogen de forma tabular los archivos más utilizados de CATIA indicando qué tipo de información recogen y qué módulos aplicados al modelado de sólidos permiten utilizar dicho tipo de documento (consultar Tabla 13 y Tabla 14).

Tabla 13. Información recogida por los archivos más utilizados de CATIA V5 [47]

Tipo Qué contiene Part Información geométrica de una pieza Product Posición relativa de los Parts que lo constituyen Drawing Información relativa a los planos Catalog Emplazamientos de los modelos incluidos en el catálogo

Tabla 14. Compatibilidad entre los módulos de diseño de CATIA V5 más utilizados [47]

Tipo Módulos compatibles Part Part Design, Sketcher, Wireframe & Surface Design y Knowledge Advisor Product Assembly Design y Knowledge Advisor Drawing Drafting Catalog Catalog Editor

Una vez aclarado para qué se utiliza cada módulo dedicado al diseño y la compatibilidad existente entre ellos es el momento de explicar brevemente las herramientas que poseen. En lugar de indicar todas las de cada uno de los módulos anteriormente citados, este informe se centrará en aquellas que se han utilizado para el modelado del monorraíl utilizado por el Flyer I y de su sistema propulsivo (hélices). Se trata de herramientas procedentes de tres módulos del taller de trabajo Mechanical Design: Sketcher, Part Design y Assembly Design.

4.4.1 Módulo Sketcher [47] En este sub-apartado se explicará a rasgos generales qué paletas se han utilizado del módulo Sketcher, especificando las herramientas que se han usado de cada una de ellas.

Las paletas que se han aplicado en el modelado del módulo Sketcher son (ver Ilustración 21):

• Sketch tools.- Menú que ofrece diferentes herramientas de ayuda para la generación de geometrías. Entre ellas se han utilizado:

o Construction / Standard Element.- Operación utilizada para crear elementos de construcción que no forman parte del dibujo pero que ayudan en su definición.

o Geometrical Constraints.- Herramienta usada para generar automáticamente restricciones geométricas mientas se perfila la geometría.

o Dimensional Constraints.- Análoga a la anterior pero referida a restricciones dimensionales.

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Ilustración 21. Paletas de herramientas utilizadas del módulo Sketcher

• Profile.- Utilizada para crear geometrías básicas. La mayoría de sus iconos alojan submenús ampliables. Las herramientas que se han utilizado de esta paleta son:

o Profile.- Herramienta que permite diseñar perfiles a partir de una sucesión de líneas y arcos.

o Rectangle.- Submenú que contiene diversas herramientas para dibujar formas geométricas predeterminadas. Para la definición de perfiles se han utilizado las operaciones Rectángulo, Ranura alargada y Hexágono.

o Spline.- Genera un curva a partir de la definición de varios puntos de control. Si se despliega el submenú se encuentra otra operación que sirve para trazar una curva que conecte dos elementos. Esta última no se ha utilizado para realizar el modelado.

o Line.- Submenú que contiene herramientas para la generación de curvas. De dicha sub-paleta se ha utilizado la operación que traza la bisectriz de dos líneas.

o Point.- Permite la generación de puntos. • Operation.- Usada para modificar las geometrías generadas con la paleta Profile. Al igual que esta última algunos de sus iconos contienen submenús ampliables. Las operaciones de transformación contenidas en dicha paleta de las que se ha hecho uso durante el modelado son:

o Corner.- Herramientas usadas para crear un radio de acuerdo entre dos líneas, es decir, permite el redondeo de esquinas.

o Chamfer.- Operación utilizada para generar un chaflán entre dos líneas.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

o Relimitations.- Submenú basado en las acciones de recortar y romper elementos. De éste se han empleado las herramientas Trim y Quick Trim para borrar los recortes seleccionados.

o Transformation.- Submenú que contiene diversas operaciones que permiten realizar transformaciones geométricas. Entre ellas se han aplicado Mirror y Scale para hacer copias y escalar elementos geométricos respectivamente.

o 3D Geometry.- Submenú que contiene las siguientes herramientas: . Project 3D Elements.- Proyecta en el plano del Sketch una geometría 3D.

. Intersect 3D Elements.- Visualiza la intersección de un sólido 3D con el plano.

. Project 3D Silhouette Edges.- Proyecta el contorno de un geometría 3D en un plano del Sketch.

• Constraint.- Paleta con operaciones que introducen restricciones a la geometría. Estas se clasifican en dos tipos: dimensionales y geométricas (ver Tabla 15 y Tabla 16). Cabe indicar que se han mantenido activos los iconos Geometrical Constraints y Dimensional Constraints de la paleta Sketch Tools permitiéndose así que se generen automáticamente algunas restricciones a medida que se perfilaba la geometría.

Tabla 15. Restricciones dimensionales [47]

Distance Distancia entre dos elementos Length Longitud de un elemento Angle Ángulo entre dos elementos Radius / Diameter Radio o diámetro de un círculo o un arco

Tabla 16. Restricciones geométricas [47]

Symmetry Simetría respecto a un eje o una línea Midpoint Obliga a un elemento a estar situado en el punto medio de otro Equidistant point Obliga a tres puntos a ser equidistantes uno de otro Fix Inmoviliza un elemento Coincidence Alinea un elemento con otro Concentrity Fuerza a dos círculos o arcos a ser concéntricos entre sí Tangency Hace que un elemento sea tangente a otro Parallelism Fuerza una línea a ser paralela a otra Perpendicular Fuerza una línea ser perpendicular a otra Horizontal Línea horizontal Vertical Línea vertical

Antes de terminar este bloque dedicado al módulo Sketcher, es necesario indicar un par de detalles:

• Se ha asegurado en todo momento que los perfiles dibujados estuviesen lo suficientemente acotados. Para facilitar esta tarea se ha tenido en cuenta el código de colores de CATIA:

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Tabla 17. Código de colores (por defecto) para el estado de los elementos de un Sketcher [47]

Blanco Sin restricciones Verde Suficientemente acotado Morado Exceso de restricciones Negro Contiene una restricción incoherente Rojo Geometría incoherente

• Para poder operar con perfiles desde herramientas del módulo Part Design se requiere que los perfiles sean cerrados. Con el fin de comprobar que lo sean se ha utilizado la operación Sketch Analysis del submenú de una paleta de herramientas

Ilustración 22. Ubicación de la herramienta Sketch Analysis

4.4.2 Módulo Part Design [47] El módulo Part Design se utiliza para generar sólidos a partir de Sketchers, modificarlos, transformarlos e incluso combinarlos entre sí. Cuando se produce uno de estos sólidos, toda la información se va acumulando dentro de un cuerpo Body en el árbol de especificaciones. CATIA también permite en caso conveniente diseñar un sólido insertando distintos cuerpos trabajando con cada uno de ellos por separado. Este sub-apartado explica qué paletas se han utilizado de dicho módulo especificando las herramientas que se han usado de cada una de ellas.

En primer lugar se indicarán las herramientas utilizadas relacionadas con la generación de un sólido a partir de un Sketch, las cuales vienen recogidas en la paleta Sketch-Based Features (ver Ilustración 23). Las operaciones utilizadas y su función son las que siguen:

Ilustración 23. Paleta Sketch-Based Features del módulo Part Design

• Pad.- Genera un bloque sólido mediante la extrusión de un perfil cerrado.

• Pocket.- Análoga a la herramienta anterior pero elimina materia no la crea, es decir, realiza vaciado por extrusión.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

• Shaft.- A partir de un perfil cerrado y un eje de revolución coplanario forma un sólido por revolución.

• Hole.- Operación utilizada para la generación de agujeros. Esta herramienta permite la creación de taladros roscados.

• Rib.- Genera un sólido a partir de un perfil y una curva que determina la trayectoria que debe seguir el mismo.

• Solid Combine.- Permite crear un sólido como resultante de la intersección de dos perfiles cerrados.

• Multi-section Solid.- Construye un sólido a partir de dos o más secciones del mismo.

• Remove Multi-section Solid.- Análoga a la herramienta anterior pero elimina materia, no la crea.

En segundo lugar se nombrarán las operaciones del módulo Part Design que permiten la modificación de sólidos y se explicará a grandes rasgos cuál es su utilidad. Dichas herramientas están contenidas en la paleta Dress-Up Features y, algunos casos, insertadas en submenús desplegables. A continuación se exponen aquellos submenús y operaciones utilizados y qué funciones han llevado a cabo:

Ilustración 24. Paleta Dress-Up Features del módulo Part Design

• Fillets.- Submenú que contiene herramientas que permiten el redondeo de aristas de sólidos. Se han utilizado de esta sub-paleta las operaciones Edge Fillet, que aplica un redondeo simple; Variable Radius Fillet, que permite realizar el redondeo variando el radio a lo largo de la arista, y Face-Face Fillet, que realiza un redondeo de una arista situada entre dos paredes. Es necesario indicar que a veces se ha seleccionado la opción Minimal frente a Tangency en la ventana de definición de la herramienta para que el redondeo sólo se aplicara a la arista señalada y no se propagara a todas las tangentes a la misma.

• Chamfer.- Operación para la generación de chaflanes en las aristas de sólidos.

• Shell.- Utilizada para realizar el vaciado de piezas seleccionando las caras que se desean eliminar y el espesor de la pared resultante.

• Thread / Tap.- Permite mecanizar una rosca en un agujero o elemento cilíndrico ya generado.

En tercer lugar se explicará la herramienta utilizada para generar sólidos a partir de la combinación de cuerpos. Situada en la paleta Boolean Operations (ver Ilustración 25), la operación Remove se ha usado para eliminar la materia de un cuerpo que intersecta con otro; la acción que realiza se corresponde con la de restar un cuerpo a otro teniendo en cuenta que siempre se quita materia. También de esta paleta se ha utilizado la herramienta Assemble para ensamblar un cuerpo a otro manteniendo sus características originales (no sólo añade material, también lo elimina). 45

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Ilustración 25. Paleta Boolean Operations del módulo Part Design

En cuarto y último lugar se describirán las operaciones que se han aplicado durante el modelado que permiten generar un sólido a partir de otro. Éstas están contenidas en la paleta Transformations Features (ver Ilustración 26) y son:

• Mirror.- Herramienta que crea una copia simétrica a otro cuerpo tras indicar el elemento de referencia a partir del cual se genera la simetría.

• Patterns.- Submenú que recoge distintas formas de crear repeticiones de elementos según la forma de la rejilla definida según la cual se situarán las copias del objeto a reproducir. Las rejillas utilizadas son rectangulares (operación Rectangular Pattern) y circulares (herramienta Circular Pattern).

Ilustración 26. Paleta Transformations Features del módulo Part Design

Para concluir este bloque dedicado al módulo Part Design es importante indicar que a los sólidos generados se le ha aplicado material. Para ello se ha utilizado la librería que se despliega al presionar el icono Apply Material . Respecto a la elección del material se aclara que:

• En el caso de que los planos utilizados como referencia para el modelado [2] no indiquen el material de una pieza, se tomará aquel que se corresponda con el utilizado en elementos similares que sí lo referencien.

• Si un material especificado en el plano para una pieza no se encuentra dentro del catálogo de CATIA, se escogerá aquella textura que más se asimile al material no recopilado en el programa.

4.4.3 Módulo Assembly Design [47] Una vez construidas las piezas de un diseño mecánico es necesario establecer restricciones entre ellas de manera que se garantice que el movimiento del mecanismo es el adecuado y que el ensamblaje se haya realizado correctamente. Para realizar dicha tarea se han utilizado las siguientes paletas de herramientas del módulo Assembly Design:

• Product Structure Tools.- Usada para diferentes funciones según la operación determinada que se aplique. Estas son:

o Existing Component.- Introduce componentes ya diseñados con el módulo Part Design.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

o Replace Component.- Sustituye un elemento del Product por otro en aquellos casos en los que se ha decidido reemplazarlo por alguna causa.

o Fast Multi Instantiation.- Copia componentes del Product según los parámetros definidos en el cuadro Define Multi Instantiation relacionados con el número de copias, el espaciado entre ellas y la dirección en la que se realizarán.

Ilustración 27. Paleta Product Structure Tools del módulo Assembly Design

• Constraints.- Al igual que la paleta del módulo Sketcher con el mismo nombre se ha utilizado para establecer restricciones, pero en este caso entre las distintas piezas del ensamblaje. Las herramientas de esta paleta que se han aplicado y el uso que se le ha dado se recoge en la Tabla 18.

Tabla 18. Herramientas utilizadas de la paleta Constraint del módulo Assembly Design

Coincidence Alinea ejes de elementos cilíndricos Offset Constraint Sitúa un elemento a una distancia fijada respecto a otro Angle Constraint Sitúa un elemento a un ángulo fijado respecto a otro Fix Component Fija la situación de un componente con respecto a los demás Fix Together Fila la posición relativa entre varios componentes

Ilustración 28. Paleta Constraints del módulo Assembly Design

Ilustración 29. Paleta Move del módulo Assembly Design

• Move.- Menú que recoge las siguientes herramientas que han permitido mover los componentes de los ensamblajes:

o Manipulation.- Activa un cuadro con parámetros de manipulación para realizar translaciones y rotaciones de elementos según ejes o planos. En los momentos en los que se ha deseado mover elementos respetando las restricciones impuestas en el modelado se ha seleccionado la opción “With respect to constraints”.

Herramienta de CAD: CATIA V5

Ilustración 30. Cuadro de parámetros de manipulación del módulo Assembly Design

o Snap.- Submenú que contiene la herramienta Snap que permite aplicar translaciones y rotaciones rápidamente de forma que el primer elemento seleccionado es el que se mueve con respecto al segundo.

o Stop manipulate on clash.- Icono que al activarlo evita las interferencias entre sólidos de forma que al mover los elementos se obtenga un resultado más realista.

• Space Analysis.- Paleta que permite realizar análisis a los ensamblajes y de la que se ha utilizado el comando Clash. Se trata de una herramienta que comprueba si existen interferencias entre los componentes del Product indicando si hay holgura, contacto o coincidencia entre ellos. Es necesario resaltar la importancia de su uso ya que ha permitido detectar problemas en el diseño que a priori no se habían divisado. Los análisis realizados permanecen guardados en el árbol de especificaciones. Sin embargo, dado que se han realizado un gran número de ellos, se ha optado por conservar sólo aquellos análisis en los que ya se han llevado a cabo las modificaciones pertinentes para que el ensamblaje no presente ninguna interferencia.

Ilustración 31. Paleta Space Analysis del módulo Assembly Design

4.4.4 Otras herramientas y opciones [47] En los sub-apartados anteriores se ha explicado qué comandos de CATIA se han utilizado para modelar la reproducción virtual del monorraíl utilizado por el Wright Flyer I y de su sistema propulsivo (hélices). Sin embargo, para la realización del presente proyecto también se han aplicado otras herramientas del programa que han facilitado tanto la introducción de datos como la mejora de la visualización de los elementos modelados.

Para llevar a cabo el diseño se han utilizado los planos del NASM [2] expresados en el sistema anglosajón de unidades. Por otro lado, se parte como requisito del proyecto la conversión a roscas métricas de todas aquellas que se incorporen en los elementos a modelar. Con el fin de conciliar

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) ambas premisas y poder trabajar en el mismo sistema de unidades, se hace necesaria la búsqueda de un método de conversión de medidas.

Afortunadamente, el propio programa CATIA permite modificar las unidades de manera automática; de esta forma, se han podido introducir los valores en el sistema anglosajón y después obtener todas las medidas en el Sistema Internacional de Unidades sin realizar cálculos.

Para poder acceder al cuadro necesario se despliega el sub-menú Tools dentro del menú principal y se cliquea sobre “Options…”. Con ello se genera el cuadro principal de opciones de CATIA (ver Ilustración 32) que presenta en su lado izquierdo un árbol de especificaciones que contiene el ámbito de aplicación de las opciones que se desean modificar. Seleccionando la rama Parameters and Measurements dentro del apartado General se abre el cuadro correspondiente a las opciones relacionadas con la utilización de parámetros y medidas, el cual se organiza por secciones. Debido a que se busca realizar un cambio de unidades, se selecciona el apartado Units y, como puede observarse en la Ilustración 32, se abre un cuadro que permite modificar las unidades en las que trabaja cada magnitud en CATIA.

Ilustración 32. Ventana de unidades del cuadro principal de opciones de CATIA V5

En esta búsqueda de facilitar la entrada de datos al programa, CATIA también ayuda permitiendo la utilización de “parámetros independientes” que se agrupan en el nodo del árbol de especificaciones denominado Parameters. Estos se han utilizado en el modelado para introducir los valores característicos de una pieza de forma que con un simple vistazo se distingan y permitan que elementos de igual diseño pero distinto valor de parámetro puedan ser generados a partir del mismo CATPart modificando únicamente la medida en el árbol del parámetro.

Herramienta de CAD: CATIA V5

Para incorporar un parámetro se selecciona dentro del sub-menú Tools el icono Formula y aparece la ventana de definición de parámetros (ver Ilustración 33) donde se pueden especificar algunos detalles sobre el mismo. Otra forma de acceder a dicha ventana se consigue pinchando en el icono Formula situado en la barra de herramientas Knowledge (ver Ilustración 34). En el caso del modelado realizado en el presente proyecto se han generado principalmente parámetros de tipo Lenght en elementos auxiliares como tornillos o tuercas.

Ilustración 33. Ejemplo de ventana de generación de parámetros

Ilustración 34. Paleta Knowledge

Otra opción útil que incorpora CATIA es la de introducir fórmulas. Éstas permiten relacionar el valor de una magnitud con otras medidas simplificando así el diseño, puesto que al variar un parámetro las medidas que dependan de éste cambiarán con él. Las fórmulas, al igual que los parámetros, también son almacenadas en un nodo del árbol de especificaciones (denominado Relations).

Para introducir una fórmula, se cliquea con el botón derecho sobre la medida que se desea definir en función de otras magnitudes, desplegándose así un menú. Seleccionando la opción que indica el nombre de la magnitud seguido de la palabra object, aparece un sub-menú que incluye un apartado denominado Edit Formula. Al pinchar sobre él, aparece la ventana de definición de fórmulas (ver Ilustración 35), en las que se puede escoger el tipo de parámetro a incluir y las operaciones que se aplican sobre él.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Ilustración 35. Ejemplo de ventana de introducción de fórmulas

Una vez analizadas las opciones y herramientas relacionadas con la introducción de datos, el informe se centrará en las relativas al visualizado de piezas. En primer lugar se puede nombrar al compás (ver Ilustración 36), elemento que permite cambiar los puntos de vista del dibujo.

Ilustración 36. Compás

En segundo lugar se destaca la gran utilidad del uso de un ratón a nivel de visualización, ya que permite realizar zoom, giros y desplazamientos de manera rápida y sencilla.

Tabla 19. Aplicaciones del ratón a la visualización de piezas

Acción Efecto Clic sobre botón central Centra el dibujo en el punto seleccionado Mantener pulsado botón central Al desplazar el ratón también lo hace el dibujo Mantener pulsados botones Al desplazar el ratón el dibujo gira con respecto al punto central y derecho seleccionado Mantener pulsado botón central Al desplazar el ratón realiza un zoom al dibujo centrado en el y cliquear el derecho punto seleccionado

En tercer lugar se señalan las sub-paletas Quick view y View mode situadas en el menú View (ver Ilustración 37). La primera de ellas ha sido utilizada para visualizar la pieza o conjunto modelado desde una vista predeterminada. En cambio la segunda se ha utilizado para determinar el tipo de

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visualización que se desea en función de lo que se quiera representar (material o aristas vistas u ocultas).

Ilustración 37. Paleta View y submenús Quick view y View mode

En cuarto y último lugar el informe se centrará en cómo se ha realizado la recogida de imágenes de los elementos y conjuntos modelados en CATIA. El programa posee una paleta que permite realizar renderizados sobre las piezas deseadas (ver Ilustración 38).

Ilustración 38. Paleta Render

Sin embargo, se ha descartado su uso por ser una herramienta relativamente lenta y no representar muchas diferencias la imagen obtenida con respecto a la visualización que se ofrece por defecto con la vista que incluye el material.

Para poder preparar la imagen para realizar la captura deseada, se ha tenido que aplicar ciertas modificaciones en el visualizado por defecto del programa, con el fin de que se obtengan fotografías en las que el único elemento que destaque sea la pieza o conjunto visualizado.

Por un lado, se ha aumentado la luminosidad pero manteniendo un solo foco de luz. Con esto se ha conseguido que, a pesar de poseer muchos elementos de metal, las imágenes no sean demasiado oscuras y que no se pierda la sensación de volumen al aplicar un foco de luz lateral. Para acceder a la ventana de control de iluminación (ver Ilustración 39) se ha pinchado sobre “Lighting…”, comando contenido en el menú desplegable del View del menú principal de CATIA.

Por otro lado, se ha modificado el fondo visualizado por uno blanco, con el fin de conseguir centrar la atención únicamente en el elemento que se desea capturar. Esto se ha conseguido accediendo a la ventana de opciones de visualización situada en el cuadro principal de opciones de CATIA a través de la pestaña Visualization del menú que ha parecido tras cliquear sobre el nodo Display contenido en el apartado General del árbol y seleccionando el color blanco como Background (ver Ilustración 40). 52

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Ilustración 39. Ventana de control de iluminación

Ilustración 40. Ventana de visualización del cuadro principal de opciones de CATIA V5

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

5 MODELADO DE MONORRAÍL Y SISTEMA PROPULSOR (HÉLICES) DEL FLYER I EN CATIA V5

En este apartado se desarrolla el proceso de modelado en CATIA V5R19 de los distintos sistemas del Flyer I especificados anteriormente (ver apartado “Monorraíl y sistema propulsor (hélices) de los hermanos Wright”). La metodología general aplicada se puede organizar en distintas fases:

• Interpretación de planos.- Estudio cuyo objetivo es comprender el montaje y funcionamiento de los elementos que conforman dichos sistemas; para ello, se analiza tanto el conjunto de las vistas de los elementos a modelar como las anotaciones aclaratorias que se incluyen.

• Organización de elementos.- Agrupación de piezas según su funcionamiento que facilita el posterior montaje del conjunto.

• Conversión de métricas.- Adaptación de las roscas al sistema internacional a partir de los planos del Museo Nacional del Aire y del Espacio del Instituto Smithsonian [2] (expresados en el sistema anglosajón de unidades). Para evitar problemas con el redondeo se ha decidido escoger el valor correspondiente inmediatamente superior. Se descartó adoptar el inferior porque la disminución de los elementos de unión debilitaría dichas fijaciones.

• Modelado y ensamblaje de elementos.- Realización de la reproducción 3D de las piezas simples mediante el módulo Part Design y posterior ensamblaje aplicando Assembly Design (se pueden consultar el apartado CATIA V5 si se desea obtener una descripción detallada de las herramientas utilizadas para el modelado).

A continuación se analiza en detalle el proceso de modelado de cada uno de los sistemas del Wright Flyer I en estudio en el presente proyecto aplicando la metodología anteriormente especificada.

5.1 Monorraíl y plataforma móvil portadora En primer lugar es necesario destacar la complejidad asociada a la falta de información: los datos auténticos del monorraíl original y de la plataforma móvil de lanzamiento se desconocen. Se utiliza como base del modelado un plano [2] dibujado a partir del estudio de varias fotografías de los hermanos Wright y de los datos del libro de Fred Kelly: "How We Invented the Airplane: An Illustrated History" [1].

Analizando el plano [2] se deduce que existen dos secciones diferenciadas:

• Plataforma móvil: estructura rodante portadora del avión durante el despegue.

• Monorraíl: único rail apoyado sobre traviesas que soporta la plataforma móvil.

A continuación se detallan los aspectos más destacados en el modelado de ambas secciones.

5.1.1 Plataforma móvil La plataforma móvil consta de una viga transversal sujeta mediante un perno y asegurada mediante arandela y tornillo a una plataforma rodante. Dicha viga, realizada a partir de dos piezas pegadas de pino amarillo, es la encargada de soportar el peso de la aeronave sosteniendo a los patines de la misma. Por otro lado, la plataforma rodante, encargada del deslizamiento de la plataforma móvil a lo largo del monorraíl, está formada por un par de ruedas de bronce sujetadas 55

Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

en su eje mediante dos placas metálicas unidas a un cuerpo de madera de fresno (ensamblado con el perno a la viga transversal).

Cabe indicar que el estudio y diseño del modelado de la rueda se ha realizado de manera independiente al del resto de componentes de la plataforma móvil debido a su complejidad (ver sub-apartado 5.1.2).

Ilustración 41. Plataforma móvil

En primer lugar se escogen los elementos auxiliares (tornillos, pernos, arandelas y tuercas) acordes al sistema internacional equivalentes a los anglosajones representados en plano [2]:

• Perno de unión entre las dos piezas de madera.- Su diseño tiene en cuenta su funcionalidad, adaptando su longitud para que abarque ambas piezas. En cuanto a la forma de la cabeza existen incongruencias en el plano [2]: por un lado indican de forma textual que tiene forma cuadrada, sin embargo, en otra vista se detalla hexagonal y en el resto de vistas se plantea redonda. En este caso se opta por un diseño de cabeza redonda ranurada, por ser la representación que predomina en plano [2] del perno. Respecto al diámetro, se selecciona la métrica inmediatamente superior al valor anglosajón: 7 ¨ 11,1 12 16 ≡ 푚푚 → 푀 Dicho perno va acompañado de arandela y tuerca. La arandela tiene un diámetro exterior tal que no existan interferencias con el agujero superior de la viga transversal y un diámetro interior que ofrece una holgura de un centímetro (aplicando la normativa del Eurocódigo [48]). En cuanto a la tuerca, se ha adaptado para que coincida con la métrica del perno. En el plano [2] se indica que tiene forma cuadrada pero se ha decidido poner una hexagonal debido a que no es una forma convencional y a que el resto de tuercas utilizadas también son hexagonales.

• Tornillos que unen las placas laterales de la estructura rodante con la madera de fresno.- Al igual que el perno anterior, su longitud se adapta a su funcionalidad. Dada la carencia de cotas que indiquen su diámetro, se utiliza su representación en plano [2] para extrapolar dicho valor y agregar una métrica inmediatamente superior. La forma de la cabeza es la representada en el plano [2].

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Tabla 20. Perno y tornillos de la plataforma móvil

Tipo Cabeza Métrica (SI) Longitud (mm) Rosca Cantidad Perno Redonda M12 180 Parcial 1 Tornillo Redonda M3 75 Total 5

Tabla 21. Tuercas de la plataforma móvil

Tipo Forma Métrica (SI) Cantidad Tuerca Hexagonal M12 1 Tuerca Hexagonal M3 5

Con respecto a la viga transversal de soporte, una modificación de la direccionalidad del material en la pieza cumple la función de representar de forma más significativa que la viga se compone de dos piezas diferenciadas pegadas. Es necesario destacar que para su construcción no se debe incluir dicha inclinación ya que se disminuiría la carga que soporta la pieza.

Ilustración 42. Detalle de la viga transversal de soporte

Por otro lado, el modelado de la plataforma rodante encargada del movimiento de la plataforma móvil requiere la toma de diversas decisiones:

• Para el diseño de la pieza de madera se parte de cotas insuficientes para su reproducción, por lo que se opta a utilizar el valor del ángulo de inclinación de la viga ilustrado pero no indicado en el plano [2]. Respecto al material, a no incluir la biblioteca madera de fresno, se ha modificado el tamaño del veteado de una textura asociada a un tipo de vallado de forma que se asemeje lo mayor posible a este tipo de madera.

• Otro reto del diseño es la existencia de una incongruencia en el acotado incluyendo el mismo valor de altura (1,75 pulgadas equivalente a 44,5 milímetros) de la pieza de madera y de las placas laterales cuando no poseen el mismo tamaño (ver Ilustración 43). En principio se mantuvo la altura de la pieza de madera obviando el acotado de la placa tomando como referencia que el primer tornillo se encuentra posicionado en la mitad de la madera y a una altura de ochocientas setenta y cinco milésimas de pulgada (equivalente a veintidós con doscientos veinticinco milímetros) teniendo en cuenta que:

0,875´´ · 2 = 1,75´´ 22,2 · 2 = 44,4

≡ 푚푚 푚푚

Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

Ilustración 43. Incongruencia entre cotas de alzado y perfil (indicaciones sobre plano [2])

Sin embargo, bajo esta hipótesis el taladro que sujeta a la rueda se situaba a tan sólo 2 mm del borde, lo cual no concuerda con un diseño apto debido a que podría resultar peligroso para el correcto funcionamiento de la placa: se introduce una concentración de tensiones muy cercana al borde que puede desembocar en una ruptura del material en dicha zona (ver Ilustración 44). Por ello se toma la decisión de mantener el valor de la cota de la placa frente al de la pieza de madera.

Ilustración 44. Detalle de la placa metálica manteniendo la altura acotada de la pieza de madera

• El diseño en plano [2] de la colocación del eje de la rueda impide el movimiento de la misma ya que la pieza de madera sobresale con respecto al radio menor externo de la rueda, impidiendo su rodadura. La solución propuesta es la de disminuir la cota de altura del taladro del eje de la rueda hasta que el radio interior de la rueda tenga una cota inferior a la de la pieza de madera. En este diseño se opta por incluir un par de milímetros de margen.

Ilustración 45. Cambio del posicionamiento del eje de la rueda (plano [2] frente a modelado)

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

5.1.2 Rueda Los hermanos Wright aplicaron su conocimiento relativo a las bicicletas a la aviación, utilizando las piezas de apoyo al eje de una rueda delantera de bicicleta para lograr el movimiento de las ruedas de la plataforma móvil portadora de la aeronave durante su despegue. Dicho sistema fue encajado en el interior de una rueda de bronce mecanizada con agujeros roscados de mano derecha e izquierda de forma que se impide que se afloje su posición al realizar la rodadura por el monorraíl.

Las piezas de apoyo utilizadas son: un eje, dos manguitos, dos cajas de rodamiento, dos collarines de ajuste y 16 bolas de acero. Cabe indicar que decidieron acortar el eje de las bicicletas con el fin de que se ajustara a las exigencias de la plataforma rodante.

Los únicos datos de los que se parte para realizar el modelado son los dos diámetros exteriores de la rueda y el diámetro del eje. Este último se ha adaptado al Sistema Internacional de Unidades siguiendo la metodología anteriormente aplicada para la definición de las piezas auxiliares al montaje en el apartado anterior, redondeando a la métrica inmediatamente superior a la correspondiente en el plano [2]; como resultado se obtiene un eje doblemente roscado de métrica M13 (a derechas y a izquierdas en extremos opuestos al igual que los agujeros mecanizados en las ruedas).

Para el modelado de los elementos que permiten la rodadura de la rueda se tiene en cuenta la escala del plano [2] de forma que el diseño se ajuste de la forma más fidedigna posible. Respecto al número de bolas de acero que completan el sistema de rodamientos, no se tiene conocimiento exacto de la cantidad usada. Para tomar la decisión respecto al número a implementar se tiene en cuenta el tamaño de las bolas y su distribución entre manguito y caja de rodamientos.

En cuanto a los rodamientos, se han diseñado de forma que las bolas permanezcan simplemente apoyadas sobre el manguito e introduciendo una curvatura adaptada a la forma de las bolas en el interior de la caja de rodamientos consiguiendo que ésta actúe como guía en su movimiento.

Ilustración 46. Rueda y vista explotada del sistema

Por último indicar que no se precisa el material en el que se conforman las piezas que forman el sistema de movimiento de las ruedas. Se ha aplicado el mismo que el especificado para las bolas: el acero.

Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

5.1.3 Monorraíl La pista de despegue del Flyer I consiste en un monorraíl por el que discurre la plataforma móvil portadora de la aeronave. Está formado por cinco tramos de raíl, cada uno de ellos apoyados sobre cuatro traviesas de madera de pino amarillo unidas al raíl mediante ocho puntas por madero. Una placa de tiras de hierro ajustada mediante tornillos para madera de cabeza plana protege al raíl del rodamiento de las ruedas sobre el mismo. Para unir cada uno de los tramos de raíl se utiliza dos chapas (una a cada lado del raíl) aseguradas mediante dos tornillos fijados con un par de tuercas.

Ilustración 47. Monorraíl

Las decisiones tomadas en el modelado del raíl son las siguientes:

• No se indica en el acotado en plano [2] ni medidas ni posicionamiento de los elementos auxiliares de ajuste (puntas y tornillos para madera). Se utiliza su representación en plano [2] para diseñar los elementos equivalentes con métrica en el sistema internacional y aplicar una colocación apropiada lo más fiel posible al plano. Los tornillos y tuercas encargados de ajustar las placas que unen los distintos tramos de raíl también se adaptan al Sistema Internacional de Unidades.

Tabla 22. Tornillos de un tramo de monorraíl

Tipo Cabeza Métrica (SI) Longitud (mm) Rosca Cantidad Tornillo para madera Plana M5 20 Total 6 Tornillo Hexagonal M7 60 Total 2

Tabla 23. Tuercas de un tramo de monorraíl

Tipo Forma Métrica (SI) Cantidad Tuerca Hexagonal M7 2 60

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

• Modificación del ancho del raíl con el fin de que pueda adaptarse a la forma de la rueda y no se impida su libre movimiento por el eje de la vía.

• El diseño del tamaño y posicionamiento de la placa superior de refuerzo se basa principalmente en la vista en planta del ensamblaje entre tramos de monorraíl y, de manera secundaria, en perfil.

Ilustración 48. Detalle en planta del ensamblaje entre tramos de raíl (plano[2] frente a modelado)

Tras realizar el montaje final de la plataforma móvil portadora sobre el monorraíl se detectó un choque entre la cabeza del perno que une la viga transversal de soporte con la plataforma rodante y el raíl. Para solucionarlo se aumentó la profundidad del agujero en el que se introduce la cabeza del perno evitando así la colisión entre elementos.

5.2 Sistema propulsor (hélices) El Flyer I posee un par de hélices bipalas de paso fijo movidas mediante un sistema de dos cadenas accionadas por el motor. Dichas hélices giran en sentido contrario con el fin de compensar los momentos generados por su movimiento. Para conseguir que las hélices girasen en direcciones opuestas los hermanos Wright retorcieron una de las dos cadenas formando una figura de ocho 145].

Las hélices no están situadas de manera simétrica con respecto al eje longitudinal del biplano, sino que se encuentran desplazadas 12,7 mm a su derecha. Esta asimetría puede ser debida al hecho de que el motor se sitúa en la parte derecha del ala baja. Dicha colocación del motor tiene su origen en el posicionamiento del piloto, el cual se encuentra tumbado sobre el ala inferior en su parte izquierda.

El movimiento generado por el motor se transmite hacia un piñón doble que mueve a las dos cadenas enlazadas cada una de ellas al eje de transmisión de cada hélice mediante un piñón. En el cubo de dichos piñones se utiliza una chaveta que hace girar al eje de transmisión conectado a las hélices. 61

Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

Para asegurar el posicionado de las hélices se incorpora un recubrimiento sobre los ejes de la hélice que se ancla mediante estructuras tubulares a las alas superior e inferior del Flyer. A su vez, se usan otras dos estructuras tubulares para fijar el recorrido de las cadenas. Con el fin de reforzar esta estructura de sujeción se incorporan una serie de tirantes al conjunto.

En los siguientes sub-apartados se analiza tanto la composición y funcionamiento como el modelado de los elementos expresados anteriormente, a excepción del motor y piñón doble, que serán analizados en otro proyecto fin de carrera.

5.2.1 Palas Las palas del Flyer I fueron construidas en madera de abeto secada al horno y pintadas en aluminio sin refuerzos de fábrica. Para su elaboración se partió de tres láminas de madera uniendo los tablones en toda su longitud colocando los exteriores en forma de abanico para conseguir el efecto escalonado necesario en las puntas. Dichas puntas de las palas incorporaban una loneta superpuesta alrededor de la madera para reforzarlas.

Con el fin de facilitar el modelado, se ha decido tomar dos simplificaciones:

• Se dibujará la pala como una pieza maciza, sin distinguir los tablones de los que se compone.

• Se le aplicará a toda la pieza como material el aluminio, en vez de aplicar madera de abeto y pintarla de aluminio.

Ilustración 49. Posición escalonada de los tablones que conforman las hélices [2]

El modelado de las hélices se basa en planos realizados a partir de la hélice rota del Flyer I recogida en la colección del NASM (Museo Nacional del Aire y del Espacio) [2]. Debido al mal estado de las puntas de la hélice para completar el diseño de los planos se ha utilizado los datos tanto del diámetro como de la punta de la hélice a partir del “Memorial Nacional a los Hermanos Wright” situado en Carolina del Norte.

Ilustración 50. Hélice dañada del Flyer I recogida en el NASM [146]

La construcción de la pala de la hélice se ha generado mediante protrusión usando la herramienta Multi-sections Solid que genera un sólido a través de la unión de varias de sus secciones. Para el modelado de cada una de estas se ha partido de una serie de puntos de las secciones a tamaño real recogidas en los planos del NASM [2] de forma que, aplicando la operación Spline, reproduzcan

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) la forma y el tamaño de dichas secciones. Para que se obtengan resultados más fidedignos se ha aumentado el número de puntos de interpolación en las zonas en las que la curvatura es mayor.

Ilustración 51. Secciones de la pala de la hélice

Para la reproducción de las secciones A-A, B-B, C-C, D-D y E-E (ver Ilustración 51), debido a que se tienen planos de las secciones, se ha podido realizar directamente la recogida de datos a partir del plano del NASM [2]. Sin embargo, en éstos [2] no se incluye ninguna vista de corte de la parte correspondiente a la punta de la pala, por lo que se ha tenido que utilizar un método diferente para reproducir las secciones.

Ilustración 52. Incongruencia en acotado de sección C-C de la pala (anotaciones sobre plano [2])

Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

Durante el proceso de definición del primer conjunto, la única incidencia destacable es la existencia de una incongruencia en el plano [2]: el ángulo acotado en la sección C-C (39 grados) no se corresponde con el plasmado en la representación gráfica de dicha sección (37 grados). Debido a que el método escogido para realizar el modelado se basa en un conjunto de puntos de la sección, se ha obviado el valor de dicha acotación para facilitar la recogida de datos de los puntos (consiguiendo que ésta se produzca de manera directa a partir de la representación en plano [2]).

En el segundo conjunto, compuesto por las secciones F-F, G-G y H-H, es necesario indicar detalladamente el método utilizado para reproducir las secciones. Éste consiste en:

1. Se toman tres líneas de referencia (ver Ilustración 53) que acotarán las secciones:

a. Línea de borde de punta de pala en planta

b. Línea de borde de punta de pala de perfil

c. Línea indicadora de curvatura de pala

Ilustración 53. Líneas de referencia para la protrusión de la punta de pala

2. Se escoge el número de secciones de referencia que se tomarán para aproximar el modelado. Cuanto mayor sea el número mejor será la aproximación. En este caso se ha decidido tomar tres secciones intermedias entre la sección E-E y la punta de pala.

3. Se definen los planos correspondientes al número de secciones seleccionadas y se generan los dos puntos de intersección de estos con cada una de las tres líneas de referencia anteriormente indicadas.

4. Se acota el rectángulo en el que estará contenida la sección de la pala: las intersecciones con la línea de borde de punta de pala en planta definen los límites laterales del rectángulo y las intersecciones con la línea de borde de punta de pala en perfil, los límites superior e inferior.

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

5. Se define la línea que indica los puntos de tangencia del perfil con los límites verticales del rectángulo mediante la unión de los puntos de intersección del plano del perfil con la línea indicadora de curvatura de la pala. La intersección de esta recta con los límites verticales define dos de los puntos del perfil.

6. Se traza el perfil del ala buscando la continuidad con respecto a la sección anterior, manteniendo un grosor y forma similar, pero siempre adaptado a las nuevas restricciones.

Ilustración 54. Construcción de la sección F-F

Para el modelaje del recubrimiento de loneta que refuerza las puntas de las palas se utiliza un método análogo al usado anteriormente para definir las secciones, ya que en este caso tampoco se parte de vistas en corte de la pieza. La diferencia fundamental es que la pieza de loneta debe estar hueca para alojar en su interior la punta del ala. Para modelar esto, se hará uso de la función Removed Multi-sections Solid.

El problema principal que se tiene es que tanto en perfil como en planta la loneta toma forma de triángulo isósceles en su extremo más cercano al eje y esto es incompatible debido a la curvatura de la pala, ya que si fuese así se tendría que colocar la loneta en el interior de la pala. Por ello, se ha decidido tomar como referencia la forma en perfil del ala obviando la de planta para esta parte de la pieza.

Cabe indicar que, dado que se tiene como referencia la pala para determinar la forma del recubrimiento, en este caso no será necesario definir la línea que indica la curvatura.

Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

Ilustración 55. Secciones de la loneta de recubrimiento de las puntas de pala

Por tanto, para la reproducción de las secciones (ver Ilustración 55) se tiene como referencia:

• Secciones desde la cero hasta la seis:

o Línea de borde del extremo más cercano al eje de la hélice en planta.

o Tramo de pala desde sección D-D hasta E-E (ver Ilustración 51). • Sección desde la seis a la siete:

o Tramo de pala desde sección D-D hasta E-E (ver Ilustración 51). • Secciones desde la siete hasta la once:

o Línea de borde del extremo más alejado al eje de la hélice en planta.

o Línea de borde del extremo más alejado al eje de la hélice de perfil.

o Tramo de pala desde sección E-E hasta H-H (ver Ilustración 51). Una vez obtenida la pala y su refuerzo de loneta, aplicando simetría a este conjunto se genera la hélice bipala. A partir de esta, se genera por simetría la otra hélice.

Ilustración 56. Bipala del Flyer I

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

5.2.2 Eje de la hélice e instalación Las hélices constan de un eje de acero a través del cual se transmite el movimiento a las palas. El eje se une a las palas a través de una chapa metálica asegurada con seis tornillos para madera. Dicha chapa se encuentra soldada y remachada a una brida unida al eje mediante un pasador. Para asegurar el otro extremo del eje a las palas se utiliza una arandela de bloqueo de madera de fresno junto con arandela y tuerca. Por otro lado, en el extremo opuesto, el eje se une al piñón a través de otra tuerca. Dicha tuerca tendrá una rosca a derechas para la hélice derecha y a izquierdas en la otra con el fin de paliar el efecto de desenrosque que provoca el funcionamiento del piñón. Para asegurar el movimiento solidario de piñón y eje se utiliza una chaveta.

Debido a que el eje de la hélice está sujeto mediante un tubo a la estructura del biplano, se necesita un sistema que facilite el giro del eje en el interior del recubrimiento evitando que se pierda la posición concéntrica de ambas piezas. Por ello, el eje incorpora dos casquillos (unidos mediante pasadores al mismo) colocados entre eje y recubrimiento en cada extremo que actúan como cojinete de deslizamiento. En la instalación del eje también se incluyen dos arandelas de empuje de latón situadas en dichos extremos.

Para facilitar la explicación de la ubicación de las piezas que conforman el conjunto del eje instalado al detallar su modelado se ha decidido denotar como:

• Zona frontal.- Conjunto de piezas incluidas en el extremo del eje cercano al piñón.

• Zona trasera.- Conjunto piezas próximas al extremo del eje unido con la pala de la hélice.

Para su denotación se ha tenido en cuenta el posicionamiento del conjunto durante el vuelo del aeroplano: los piñones movidos por las cadenas accionadas por el motor se sitúan por delante de las palas de las hélices según el sentido de movimiento del avión.

Ilustración 57. Eje de la hélice e instalación

Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

A continuación se expondrán los desafíos de diseño más destacables durante la realización del modelado de algunos de los componentes y cómo se han afrontado:

• Eje:

o Para la conversión de las roscas al Sistema Internacional se ha modificado el roscado en ambos de sus extremos: incorporando métrica veinte en el que une con las palas y métrica veintidós en el opuesto.

o Como consecuencia del cambio de espesor del extremo del eje que va unido con el piñón en dicha conversión, se han tenido que adaptar las medidas de la chaveta de unión al nuevo diámetro.

o Los ejes de hélice derecha e izquierda no son completamente iguales. Para poder generar uno de ellos a partir del otro se ha precisado realizar las siguientes acciones:

. Cambio de la dirección de roscado del extremo que une con el piñón entre la hélice derecha (roscado a derechas) y la hélice izquierda (roscado a izquierdas) mediante la selección de dicho sentido en el cuadro de definición Thread/Tap.

. Modificación de la longitud del eje: el eje izquierdo es 28,58 milímetros más largo que el derecho.

• Tuercas:

o Para la implementación de cada una de las hélices se han utilizado dos tipos de tuercas (ver Tabla 24). Con el fin de facilitar el posicionado de las mismas, evitando tener en cuenta el paso de la rosca en su colocación, en vez de realizar el agujero sobre la tuerca y aplicar la rosca correspondiente, se ha decidido realizar una acción de tipo Remove que permite una adaptación al eje completa, tomando el roscado del mismo.

o Para la tuerca de unión con el piñón, al no ser convencional, se ha decidido mantener las medidas externas del plano americano [2] de la misma adaptando únicamente la rosca al sistema internacional de unidades.

Tabla 24. Tuercas por cada eje de hélice

Tipo Ubicación Forma Métrica Cantidad (SI) Tuerca Frontal No convencional* M22 1 Tuerca Trasera Hexagonal M20 1 * Ver pieza en Ilustración 58

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Ilustración 58. Tuerca que asegura el extremo frontal del eje con el piñón.

• Arandelas:

o Las arandelas de empuje, debido a que tienen que adaptarse a las medidas del recubrimiento del eje y no involucran a ninguna rosca, se ha decidido mantener las dimensiones anglosajonas que aportan los planos del NASM [2].

o Durante el modelado de la arandela de bloqueo se han tenido varios problemas: . El plano de NASM utilizado como referencia para el modelado [2] incluye un acotado insuficiente que impide que se pueda calcular la inclinación del chaflán (ver Ilustración 59).

. La altura de la arandela indicada en el plano (47,6 milímetros) no se corresponde con la representación de la pieza y el resto del acotado (no concuerda con la escala de la representación en el plano).

Para solucionarlos, por un lado, se ha obviado la cota de altura de la arandela. Se ha decidido debido a que si se tuviese en cuenta resultaría una pieza mucho más alta que a la hora de implementarla no dejaría espacio del eje de la hélice para roscar la tuerca hexagonal incluida en dicho extremo. Por otro lado, dado que al desechar dicho valor no se disponen de cotas relacionadas con la altura de la pieza, se han tomado medidas sobre la propia representación en plano [2] para reproducirla.

Ilustración 59. Acotado insuficiente de la arandela de bloqueo (notaciones sobre plano [2])

En cuanto al modelado de la pieza, se ha generado mediante la aplicación de la herramienta Multi-sections Solid. Debido al cambio de geometrías el programa genera un plano auxiliar que impide realizar el taladrado de la pieza mediante una

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única acción. Por esta razón se han tenido que aplicar dos vaciados (antes y después de dicho plano) para obtener el resultado deseado.

o La arandela convencional (situada entre la de bloqueo y la tuerca hexagonal) se ha adaptado a la métrica correspondiente (M20). Los planos de NASM [2] apuntan que sólo se encontró dicha arandela en la hélice derecha del Flyer I utilizado como modelo. Sin embargo, se ha decidido incluir en la instalación de la hélice izquierda abogando la posibilidad de que el modelo de avión utilizado no poseyera dicha pieza si incluida en el diseño del aeroplano y basándose en las siguientes premisas:

. Garantizar de mayor simetría al conjunto.

. La incorporación no interfiere en el funcionamiento de la hélice.

Tabla 25. Arandelas por cada eje de hélice

Tipo Material Ubicación Cantidad Arandela de empuje Latón Frontal 1 Arandela de empuje Latón Trasera 1 Arandela de bloqueo Madera de fresno Trasera 1 Arandela convencional Acero Trasera 1

Ilustración 60. Tipos de arandelas utilizadas en la implementación de las hélices. De izquierda a derecha: arandela de empuje, arandela de bloqueo y arandela convencional.

• Tornillos y pasadores:

o Para la unión de cada placa metálica (sujeta a cada correspondiente eje de la hélice) con la pala se utilizan seis tornillos para madera (o también denominados tirafondos para madera) de cabeza plana avellanados. Según la norma (DIN-97) dichos tornillos poseen una rosca que ocupa el 75% de la longitud de la espiga y posee filetes afilados y cortantes y un estrechamiento en la punta con el fin de facilitar el roscado. En el modelado del tirafondo se ha incluido el avellanado en el tornillo de cabeza plana, sin embargo, se han obviado los detalles relativos al roscado con el fin de simplificar el modelo incorporando un roscado simple adaptado al sistema internacional de métrica M7. Por otra parte, el modelado de los agujeros en los que irán fijados los tirafondos se ha realizado de forma diferente según la pieza con la que se topan:

. En la zona del tornillo que intersecta con la chapa unida a la brida se ha aplicado la acción Remove por su simplicidad y practicidad. No obstante,

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dicha herramienta no elimina la parte de chapa comprendida en la ranura del tirafondo y se aplicado la herramienta Removed Multi-sections Solid para generar dicho vaciado.

. En la zona del tornillo que intersecta con la pala de la hélice no se ha podido aplicar la acción Remove debido a que la pala ha sido generada mediante la herramienta Multi-sections Solid. En su lugar, para realizar el agujero generado al introducir los tirafondos, se ha utilizado la herramienta Removed Multi-sections Solid. Con dicha función se ha creado un agujero sin rosca pero adaptado a la medida y posicionamiento del tornillo. Otra opción que se ha tenido en cuenta es la de generar el agujero roscado de manera independiente al tornillo. Sin embargo, al no ser la superficie de la pala plana y no formar el tirafondo un ángulo recto con respecto a la misma, no se puede definir el agujero roscado desde dicha superficie mediante la herramienta Hole (que permite incluir el roscado a través del panel Thread/Tap) y habría que generar un plano auxiliar perpendicular al tornillo para la definición de dicho agujero. A su vez se debería tener en cuenta que el plano generado perteneciera al sólido para que se pudiese definir el agujero roscado mediante dicha herramienta, lo que implicaría que se tuviera que definir el agujero en dos direcciones para completarlo. Tras definir el agujero habría que tener en cuenta el paso de la rosca para la colocación correcta del tornillo para madera. Esta opción se ha descartado por representar mayor complejidad y no suponer una mejora significativa en el modelado.

o En la instalación del eje de la hélice se han utilizado dos tipos de pasadores. A pesar de no poseer rosca que convertir al Sistema Internacional se ha decidido utilizar pasadores con medidas normalizadas [50] (ver Tabla 26).

Tabla 26. Pasadores por cada eje de hélice

Tipo Unión Diámetro [mm] Longitud [mm] Cantidad Pasador Cojinete* – Eje 5 50 2 Pasador Brida – Eje 4 32 1 * Cojinete de deslizamiento (tubo que facilita el giro entre eje y recubrimiento que lo sustenta).

Cabe indicar que para generar el agujero en el que se introduce el pasador sobre el cojinete de deslizamiento no ha sido suficiente con aplicar una acción tipo Remove. Esto ocurre debido a que la longitud del pasador es menor que el diámetro del eje más el espesor del cojinete, condición necesaria para que no exista interferencia con entre pasador y recubrimiento. Para poder completar el agujero se ha aplicado adicionalmente la herramienta Hole.

• Brida:

o La brida utilizada para implementar la hélice posee una base plana remachada a la chapa de unión con la pala y en el extremo opuesto forma tubular cuyo diámetro exterior se adapta al del recubrimiento del eje. Para modelar la pieza es necesaria la incorporación de una superficie de transición suave entre ambas geometrías (ver

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Ilustración 61). Con el fin de obtenerla se ha decidido utilizar la herramienta Face – Face Fillet.

Ilustración 61. Brida utilizada en la implementación de cada eje

También es necesario indicar que se han encontrado problemas al realizar los taladros a la pala de la hélice. Las palas, como se indica al final del sub-apartado 5.2.1, se han generado mediante simetría aplicada a una semi-pala. El problema aparece al unir ambas piezas; para poder garantizar una continuidad en la superficie de la pala se ha tenido que desplazar ligeramente una semi-pala con respecto a la otra perdiendo así la completa simetría. Por tanto, al realizar un taladro sobre una de ellas aparece un agujero en la otra simétrico con respecto al eje de simetría y no con respecto a los ejes de la pala completa. A pesar de que la distancia entre plano de simetría y del conjunto de la pala es ínfimo, es suficiente para impedir el correcto posicionamiento de los tornillos para madera produciéndose interferencias. Por ello, ha sido necesario realizar otro taladrado que corrigiese al generado por simetría.

A este problema se le une que no se ha tenido en cuenta el roscado a la hora de realizar los taladros sobre la pala de la hélice (como se ha indicado al describir los problemas relacionados con tornillos y pasadores). Para poder garantizar que el conjunto de la pala de hélice y la chapa (que va remachada y soldada a la brida) permanezca unido se ha decidido imponer la restricción Fix Together.

Por último comentar que a la hora de realizar el calentamiento del motor, prueba previa al testeo en vuelo de la máquina, los hermanos Wright notaron la tendencia a aflojarse de las tuercas utilizadas en la implementación del eje de la hélice. Para solucionarlo decidieron usar el cemento que utilizaban en el negocio de las bicicletas para asegurar los neumáticos a las llantas. Para ello, en primer lugar calentaron las tuercas y los extremos roscados de los ejes de las hélices; a continuación cubrieron las zonas roscadas con cemento fundido y apretaron las tuercas. A partir de que se enfrió el cemento, la unión obtenida fue lo suficientemente fuerte como para no volver a registrar ningún aflojamiento de dichas tuercas [2].

5.2.3 Piñones Al principio del apartado 5.2 se ha explicado de manera general cómo se transmite el movimiento del motor a las hélices. En este sub-apartado se estudiará en más detalle los piñones utilizados para convertir el movimiento de traslación de las cadenas en giro del eje de transmisión de las hélices. También se destacarán algunas particularidades del modelado del mismo.

El Wright Flyer I utilizaba un piñón en el extremo frontal de cada eje de hélice que, en vez de ser solidarios al mismo formando una sola pieza, constituían una parte individual que se montaba sobre dicho eje. Esta configuración, a pesar de ser menos rígida y soportar menos tensiones, 72

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) permitía reemplazar el piñón en caso de desgaste o rotura de alguno de sus dientes sin tener que reponer el eje también [51].

Cada piñón utilizado en el aeroplano de 1903 constaba de dos piezas unidas mediante cinco remaches de hierro (ver Ilustración 62):

• Rueda dentada.- Pieza encargada de recibir el movimiento que le aporta la cadena accionada por el motor. Fabricada en acero, constaba con 23 dientes repartidos alrededor de una rueda de unos 200 milímetros de diámetro cuyas aristas exteriores fueron suavizadas. En el centro de la pieza posee un anillo que será el encargado de alojar a la otra pieza que completa al piñón. La corona (anillo dentado exterior) se une al anillo interior mediante cinco brazos radiales cuyas aristas fueron redondeadas a mano [2].

• Cubo.- Parte del piñón cuya misión es la de asegurar que el movimiento del mismo se transmita al eje de la hélice. Para llevar a cabo dicha misión posee un agujero con chavetero adaptados al diámetro y chaveta de dicho eje.

Ilustración 62. Piñón que transmite el movimiento de las cadenas al eje de la hélice

Una vez diferenciado los distintos elementos del piñón, el siguiente paso será analizar cómo se realiza el engranaje entre cadena y piñón. Existen dos configuraciones posibles de dentado diferentes según la posición relativa entre rodillos de la cadena y dientes de la rueda (ver Ilustración 63): una desfavorable y otra favorable.

En una configuración favorable el radio de pie del diente es mayor que la mitad del diámetro del rodillo de la cadena, consiguiéndose baja altura de la cabeza del diente y mayor apertura del hueco del mismo. De esta forma la entrada y salida de la cadena se lleva a cabo sin obstrucciones [52].

En cambio, una configuración favorable se caracteriza por utilizar altos dientes que abrazan los rodillos de la cadena de forma que se impide considerablemente la libertad de movimientos de la misma [52].

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Ilustración 63. Tipos de configuraciones de dentado de ruedas según la forma del diente [52]

Para poder determinar el tipo de configuración utilizada, en primer lugar se procederá a calcular el valor del diámetro primitivo [52] (con el fin de comprobar si coincide con el aportado en el plano G3 del NASM [2]) a partir de los datos recogidos en la Tabla 27.

Tabla 27. Datos para el cálculo del diámetro primitivo

Magnitud Símbolo Valor Paso P 25,4 mm Número de dientes Z 23

= = 186,536 186,512 180° 푝 퐷푝 푚푚 ≠ 푚푚 Con dicho valor se puede calcul푠푒푛ar si� la푧 altura� del diente es menor que el diámetro de los rodillos de la cadena comprobando si la diferencia entre los diámetros externo y primitivo es menor que el diámetro del rodillo.

= 13,6 < = 14,3

푒푥푡푒푟푖표푟 푝 푐푎푑푒푛푎 Como se deduce del cálculo퐷 anteri−or,퐷 la configuración푚푚 퐷 de diente utilizada푚푚 en el piñón del primer aeroplano de los hermanos Wright posee una configuración favorable.

Una vez analizado el piñón que se ha utilizado, los elementos de los que consta y determinado el tipo de configuración que presenta, el presente informe se centra en el modelado en CATIA. En este aspecto, los principales problemas encontrados están relacionados con el acotado del plano usado como base para llevar a cabo la reconstrucción del piñón [2].

Por un lado, al analizar el plano del cubo del piñón se observan incongruencias en relación con las medidas relativas a:

• La altura de colocación del anillo que permite remachar el cubo del piñón con la rueda dentada.

• Los diámetros que definen el ancho del cubo del piñón.

A continuación se explica en qué consisten dichas incongruencias y qué decisiones se han adoptado para completar el diseño de la pieza. Cabe indicar que, debido a que las imágenes utilizadas en las aclaraciones parten de los planos del NASM[2] que utiliza el sistema anglosajón de unidades, se ha optado por incluir las observaciones pertinentes en pulgadas. En la búsqueda de

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) facilitar dichas explicaciones se ha denominado como base del cubo del piñón a la superficie del mismo vista desde la izquierda de la Ilustración 64.

Ilustración 64. Análisis del acotado del piñón I (anotaciones sobre plano [2])

Como puede observarse en la Ilustración 64, el valor de la altura del cubo del piñón no se corresponde con la suma de las distancias comprendidas desde los extremos de dicha pieza hasta el plano de unión definido por la superficie de contacto entre rueda dentada y cubo. Por otro lado, la acotación realizada sobre la rueda dentada permite asegurar que la distancia indicada entre el plano de unión y la base del cubo es correcta. Por tanto, el problema se concentra en el valor de la altura del piñón desde el plano de unión. Con el fin de resolver el desajuste de esa cota se ha asociado esa diferencia a la presencia de un redondeo en el borde superior del cubo del piñón (indicado en azul sobre Ilustración 64). Es necesario aclarar que todas las medidas que se recogen en dicha imagen están en pulgadas.

Con respecto al acotado de los diámetros que definen al ancho del cubo del piñón también se encuentran incoherencias (ver Ilustración 65). En este caso, se observa que se ha asociado la misma cota (diámetro de 1,75 pulgadas equivalente a 44,5 milímetros) a medidas sobre plano [2] distintas.

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Ilustración 65. Análisis del acotado del piñón II (anotaciones sobre plano [2])

Debido a que la base del cubo debe encajar en el orificio central de la rueda dentada y el otro extremo no interfiere con ninguna otra pieza, se ha dado prioridad al valor de esta cota funcional [53] y se ha reducido el valor asociado al diámetro del extremo opuesto.

Para acabar de definir el cubo del piñón es necesario indicar que tanto taladrado como chavetero se han adaptado a las nuevas medidas del eje de la hélice resultante de la conversión de la métrica de su rosca al Sistema Internacional (teniendo en cuenta la diferencia de dirección de rosca entre hélice derecha e izquierda). Para ello, durante el modelado se ha hecho uso de la herramienta Remove y completado con un Pocket con el fin de eliminar el material del chavetero que no está en contacto con la chaveta al unir el piñón con el eje de la hélice.

Por otro lado, al analizar el plano de la rueda dentada se observa que aparecen más cotas de las necesarias para definir la pieza. Esto podría ser debido a que han considerado expresar cotas que se refieran a estados intermedios de fabricación o simplemente por el hecho de proporcionar indicaciones útiles (no indispensables) que eviten que el fabricante de la pieza deba realizar cálculos.

En principio debería resultar más sencillo el modelado, sin embargo, al estudiar el plano [2] se ha reparado en la presencia de cotas incompatibles entre sí. Para que las explicaciones se puedan apoyar en las imágenes del plano del NASM [2] todos los datos se expresarán en pulgadas (ver Ilustración 66).

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Tomando como referencia los diámetros exterior e inferior, el diámetro correspondiente al espacio entre dientes, el número de dientes de la corona, el ancho de la punta de los dientes y el radio que determina la forma de los mismos, se pueden definir los dientes del piñón. Sin embargo, el valor resultante de la distancia del centro del espacio entre dientes y el del que define la forma del diente no coincide con el señalado en el plano [2] (0,12 frente a 0,16 pulgadas).

Ilustración 66. Análisis del acotado del piñón III (anotaciones sobre plano [2])

Para concluir este apartado dedicado al piñón se van a destacar algunos detalles del modelado de dicho conjunto:

• Los brazos de la rueda dentada, como se indicaron anteriormente, fueron redondeados a mano. En cambio, las aristas internas de la corona no, según la representación en plano (ver Ilustración 67). Para poder modelar esto se ha hecho uso de la herramienta Variable Radius Fillet que permite ejecutar un redondeo que varía el radio a lo largo de la arista. El proceso de redondeo se ha realizado de manera independiente en cada uno de los cuatro bordes de los cinco brazos de la rueda dentada generando una variación en tres segmentos con cuatro puntos de definición. Es necesario indicar que se ha tenido que utilizar la opción “No internal sharp edges” con el fin de acabar con los posibles bordes afilados internos generados por la herramienta al conectar superficies continuas en tangencia pero no en curvatura [54] que impedían completar el diseño.

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Ilustración 67. Piñón: comparativa entre plano del NASAM [2] y modelado en CATIA

• El piñón utiliza cinco remaches para la unión de las dos piezas de las que consta repartidos de forma regular radialmente; por ello, se ha decidido aplicar Circular Pattern y tratar al conjunto de los remaches de manera conjunta que facilita su colocación.

5.2.4 Cadenas El aeroplano construido por los hermanos Wright constaba de dos cadenas encargadas de transmitir el movimiento del motor al eje de la hélice que fueron fabricadas por “The Diamond Chain & Manufacturing Co.” de Indianápolis [2].

Ilustración 68. Sentido de giro de hélices y cadenas Indicaciones sobre plano [2]

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El posicionamiento no simétrico del motor en el avión es determinante en el diseño de las cadenas, puesto que implica que la distancia entre piñones en el lado izquierdo sea mayor que en el derecho. Este hecho fue aprovechado por los hermanos Wright al implementar el sistema que permitiría que las dos hélices del Flyer girasen en sentidos opuestos (ver apartado 5.2), colocando la cadena retorcida en el lado izquierdo.

Por tanto, debido en una parte por el posicionamiento del motor y en otra casado por la colocación de la cadena izquierda en forma de ocho, las cadenas utilizadas por el aeroplano no tendrán la misma longitud:

Tabla 28. Cadenas de transmisión para las hélices

Cadena Eslabones Derecha 112 Izquierda 198

Las cadenas estaban formadas por los siguientes elementos básicos (ver Ilustración 69):

• Eslabón.- Constituido por dos placas metálicas paralelas: una interna y otra externa. Sobre esta última se podía observar la marca del fabricante de la cadena [55].

• Pines.- Encargados de unir los eslabones para formar la cadena sin fin. Tenían forma de cilindro, siendo sus extremos de menor grosor que la parte central. Para su fijación, una vez que atravesaban de lado a lado el eslabón, se aplastaban sus extremos mediante la parte plana de un martillo de forma que se generaba una cabeza que impedía el movimiento de las placas laterales [2].

• Cojinetes.- Elementos diseñados para crear la unión móvil necesaria de forma que agreguen muy poco rozamiento con el fin de favorecer la eficacia de la cadena [55]. Los cojinetes estaban formados por dos piezas: un casquillo (ajustado en sus extremos a los orificios de las placas laterales interiores) y un rodillo (situado entre las paredes internas de las placas laterales interiores) [52].

En cuanto a la relación entre cadena y piñón, la cadena debe engranar de manera muy precisa en los dientes de los piñones [56] de forma que no existan interferencias entre ellos. Teniendo en cuenta el cálculo del diámetro primitivo realizado en el sub-apartado anterior asociado al paso de la cadena especificado en el plano [2], al posicionar la cadena sobre el piñón existe cierta holgura entre ambos elementos (del orden de décimas de milímetro). Por otro lado, el espesor de la rueda dentada es menor que la distancia entre las dos placas interiores de un eslabón. Por tanto, se garantiza que no existen interferencias bajo el diseño escogido

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Ilustración 69. Elementos básicos de la cadena utilizada por el sistema propulsor (hélices)

Una vez analizados los elementos de los que constan las cadenas y comprobado que el diseño es compatible con el piñón utilizado, se indicarán algunos detalles destacables del modelado en CATIA de los mismos:

• Para el diseño se ha tenido en cuenta el requisito impuesto de que la altura total del pin una vez aplastados sus extremos no supere 25,4 milímetros (ver Ilustración 70). De hecho, se ha puesto como restricción que todo el conjunto pueda ser contenido en un círculo de 25,4 milímetros de diámetro.

Ilustración 70. Requisito de diseño de la cadena [2]

• En cuanto a los diámetros de casquillo y rodillo, existe un valor incompatible en el acotado del plano [2] (ver Ilustración 71), por lo que se aplicará como diámetro exterior del casquillo el incluido en la nota descriptiva de la cadena (ver Ilustración 72).

Ilustración 71. Detalle de acotado incompatible de la cadena (indicaciones sobre plano [2])

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Ilustración 72. Nota descriptiva de la cadena (indicación sobre plano[2])

• El acotado de las longitudes de los elementos de la cadena es algo confuso. Se ha supuesto que las indicaciones corresponden tanto a la distancia entre paredes interiores como a la altura a partir la cual el casquillo reduce su espesor. En la Ilustración 73 se recoge una vista del alzado de la cadena sin incluir el rodillo exterior donde se indica la correspondencia realizada entre cotas.

Ilustración 73. Correspondencia entre cotas de la cadena [2]

• Se ha incluido en el diseño la marca de la cadena de las paredes externas del eslabón (ver Ilustración 74) modelándolo con el uso del comando Pocket.

Ilustración 74. Pared exterior de los eslabones de la cadena

• Para el ensamblaje de la cadena se ha utilizado como conjunto básico el indicado en la Ilustración 75, de forma que mediante la aplicación de una Multi-Instantation definiendo en

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el cuadro de definición la colocación de los conjuntos a una distancia de dos veces el paso de la cadena se pueden construir las cadenas derecha e izquierda simplemente indicando el número de eslabones de los que constan. Cabe indicar que al adoptar este método de diseño las cadenas obtenidas son más rígidas de lo que deberían, pero se ha aplicado por su simplicidad.

Ilustración 75. Conjunto básico a partir del cual se monta la cadena

Para finalizar este sub-apartado es necesario realizar una aclaración. En el presente proyecto se ha analizado la parte del modelo propulsivo relativa al sistema de hélices y su correspondiente sistema de transmisión. Sin embargo, en el alcance del proyecto no se incluye el estudio del motor ni del piñón doble al que se conecta. Por lo tanto, aunque se parte de datos estimados medidos partir del aeroplano sobre las posiciones relativas entre elementos, se desconoce las medidas de dicho piñón y, por ello, aunque se han modelado las cadenas no se ha implementado en el sistema propulsor diseñado.

Ilustración 76. Cadena derecha

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5.2.5 Tirantes El Wright Flyer I incorporaba una serie de tirantes que ayudaban a fijar el posicionamiento de los ejes de la hélice, los cuales era necesario que permanecieran paralelos entre sí para el correcto funcionamiento del avión.

Como se observa en la Ilustración 77, el aeroplano utilizaba para este cometido cuatro tirantes asegurados por parejas a cada eje de la hélice en su extremo más cercano a la pala.

Ilustración 77. Distribución de tirantes de fijación de las hélices (anotaciones sobre plano [2])

En la Tabla 29 se recoge de manera tabular dónde se anclaban cada uno de los tirantes y la longitud aproximada que tenían. Cabe indicar que la inexactitud es debida a que las medidas definitivas de los tirantes no se podían definir hasta que no se ajustara la tensión de la cadena.

Tabla 29. Tirantes de fijación de las hélices

Tipo Color Hélice Anclaje Longitud [mm] Exterior Rojo Derecha Extremo derecho del larguero del ala superior 1486 Interior Verde Derecha Centro del larguero del ala inferior 2045 Interior Amarillo Izquierda Centro del larguero del ala inferior 2083 Exterior Azul Izquierda Extremo izquierdo del larguero del ala superior 1486

Los tirantes estaban formados por cables metálicos cuyos extremos permanecían doblados en forma de lágrima (ver Ilustración 78); para asegurarlos se utilizaba una hoja de estaño enrollada alrededor del alambre y soldada al mismo [2].

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Ilustración 78. Extremos de tirante de fijación de las hélices

En el modelado de los tirantes se ha tenido en cuenta que las medidas de longitud de las que se parte pueden no ser las definitivas. Para ello se ha incorporado un parámetro denominado “Longitud” que permite al usuario modificar dicho valor automáticamente, reduciéndose o ampliándose el cable sin que se modifique la geometría de sus extremos. Para conseguirlo se ha definido un plano auxiliar en función de dicho parámetro al principio del segundo bucle a través de la utilización de dos parámetros auxiliares. Con el fin de que no se cometan confusiones al modificar la longitud se han ocultado estos últimos en el árbol. Es necesario indicar que el parámetro “Longitud” se corresponde con la distancia entre extremos del tirante (incluidos los bucles).

Ilustración 79. Parámetro "Longitud" de los tirantes de fijación (anotaciones sobre plano [2])

Debido a que la lámina está soldada al cable, se ha decidido modelar el conjunto como dos Body dentro del mismo Part. Los datos de la lámina de los que se parte son las dimensiones de la misma antes de ser amarrada a los extremos del tirante. Se ha utilizado como base de diseño la configuración que aparece en la Ilustración 80. Para estimar el grosor de lámina a añadir, se calculará de manera aproximada el número de vueltas que dará ésta alrededor del cable.

Ilustración 80. Configuración entre lámina y cable de los tirantes de fijación de las hélices

Denominando “D” al diámetro del cable, “e” al espesor de la lámina y “N” al número de vueltas recorrido por ésta última, la longitud (“L”) que debe envolver en la vuelta “N+1” para completar una vuelta se puede calcular de la siguiente forma:

( + 1) = 2 + ( + 2 ) = (2 + ) + 2

Conociendo el diámetro 퐿del푁 cable (2,311퐷 milímetros)휋 퐷 푁푒 y las medidas휋 퐷 de휋푁푒 la lámina (ver Tabla 30) se puede determinar que al amarrar la lámina de estaño ésta cubre 1 vuelta y un 70% de la segunda. 84

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En la Tabla 31 se recogen los resultados de los cálculos intermedios realizados para llegar a dicho valor, expresando la longitud que se ha podido recorrer frente a la que se debería cubrir para completar cada vuelta, así como la medida de tira sobrante disponible para seguir amarrando.

Tabla 30. Lámina de estaño de los tirantes de fijación de las hélices [2]

Tipo Ancho [mm] Espesor [mm] Longitud [mm] Cantidad Lámina 28,6 0,5 22,2 2

Tabla 31. Cálculo de vueltas recorrido por las láminas de los tirantes de fijación de las hélices

Vuelta Longitud recorrida [mm] Longitud a recorrer [mm] Lámina sobrante [mm] 1 11,9 11,9 10,3 2 10,3 14,8 0

Cabe indicar que para la reproducción en CATIA de la lámina se ha decidido representar relleno el hueco interno que habría entre lámina y cable simulando así la soldadura.

Ilustración 81. Detalle del tirante de fijación de la hélice

5.2.6 Estructura de sujeción En este sub-apartado se analiza la estructura de sujeción del sistema propulsor (hélices) incluyendo algunos detalles destacables del modelado en CATIA de sus elementos.

Además de los tirantes definidos en el sub-apartado 5.2.5, el Flyer I cuenta con una estructura de sujeción tubular para mantener el correcto posicionamiento de los elementos que conforman el sistema propulsor (hélices). Dicha estructura se puede descomponer en dos partes según su funcionalidad:

• Estructura de sujeción de cadenas.- Conjunto encargado de guiar a las cadenas en su movimiento. Está compuesta por dos estructuras independientes (derecha e izquierda), ambas con elementos similares pero con configuraciones muy distintas (ver Ilustración 82).

• Estructura de sujeción principal.- Su función es la de sostener a los ejes de la hélice manteniendo el paralelismo entre ellos sin perder su posición horizontal. Se puede distinguir dos subconjuntos: derecho e izquierdo. Aparentemente resultan iguales (ver Ilustración 82), sin embargo, presentan bastantes diferencias entre sí.

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Ilustración 82. Estructura de sujeción del sistema propulsor (hélices)

A continuación se ofrece un estudio detallado de la estructura de sujeción del sistema propulsor (hélices). En primer lugar se analizará la estructura de sujeción de las cadenas, indicando los elementos básicos de los que consta y explicando en mayor profundidad las distintas configuraciones utilizadas. En segundo lugar, manteniendo el mismo índice, se comentarán cuáles son los elementos básicos de la estructura de sujeción principal y qué particularidades diferencian la estructura principal derecha e izquierda.

Con el fin de buscar mayor claridad se han intercalado a lo largo de dicho análisis aquellos detalles del modelado de las piezas en CATIA que se han considerado necesario comentar.

5.2.6.1 Estructura de sujeción de las cadenas

Las estructuras de sujeción de cadena derecha e izquierda están formadas por: una carcasa guía, una horquilla y un conjunto de abrazadera y tuerca de ajuste (ver Ilustración 83). A continuación se analizan en rasgos generales y por separado cada una de las partes mencionadas.

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Ilustración 83. Elementos básicos de la estructura de sujeción de la cadena

En primer lugar se estudia el conjunto de abrazadera y tuerca de ajuste, elementos encargados de la unión entre la estructura de sujeción principal y la de sujeción de la cadena. Se denominan “de ajuste” porque permiten modificar la distancia entre ambas estructuras según las necesidades requeridas. Por un lado, la abrazadera envuelve el recubrimiento del eje de la hélice en su extremo frontal y se ajusta a él gracias a un conjunto de tornillo y tuerca. Por otro lado, está unida mediante un pasador y soldadura a un tornillo de ajuste que encaja en una tuerca también de ajuste asegurada a la carcasa guía.

Ilustración 84. Abrazadera de ajuste de la estructura de sujeción de la cadena

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Debido a que la abrazadera de ajuste debe adaptarse al diámetro exterior del recubrimiento del eje de la hélice y éste mantiene las medidas anglosajonas (recogidas en los planos del NASM[2]) se ha decidido no sustituir la abrazadera por una análoga estandarizada según la Organización Internacional de Normalización. No obstante, como se impuso como requisito en este proyecto la adaptación de métricas, se han cambiado las roscas de los dos tornillos utilizados así como la de la tuerca hexagonal. Como consecuencia, se ha tenido que aumentar el diámetro del taladro de la abrazadera. También se ha modificado el diámetro del pasador a 3 milímetros.

Tabla 32. Elementos roscados de la abrazadera de ajuste

Tipo Métrica (SI) Cantidad Tornillo de ajuste M20 1 Tornillo M5 1 Tuerca hexagonal M5 1

El ajuste entre el tornillo de la abrazadera y la carcasa guía se realiza de la siguiente forma (ver Ilustración 85):

• La parte roscada del tornillo de ajuste de la abrazadera se une a la rosca interior de la tuerca de ajuste que, a su vez, está asegurada al tubo principal de la carcasa guía.

• La parte no roscada del tornillo de la abrazadera se introduce en un collar soldado a las paredes interiores de tubo principal produciéndose un ajuste por deslizamiento.

Ilustración 85. Detalle de ajuste entre abrazadera y carcasa guía.

Con respecto al modelado en CATIA de la abrazadera y tuerca de ajuste se ha considerado resaltar que:

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• Al realizar el taladro en el que va colocado el pasador no se ha podido aplicar Remove a la abrazadera por tener que atravesar una zona generada mediante dos tramos de Rib superpuestos (ver Ilustración 84). Para solucionarlo se ha sustituido la parte de la abrazadera a taladrar modelada mediante Rib por un Pad.

• Se ha representado la soldadura que une a la abrazadera con el tornillo de ajuste.

Ilustración 86. Abrazadera de ajuste antes y después de realizar la soldadura

En segundo lugar se estudia la horquilla, elemento que une el tubo principal de la carcasa guía de la estructura de sujeción de cada una de las cadenas con unas abrazaderas (distintas a la analizada anteriormente) que se aseguran al eje que soporta el piñón doble situado a la salida del motor.

Ilustración 87. Colocación de las horquillas de la estructura de sujeción de las cadenas

Es necesario indicar que las abrazaderas, eje y piñón doble referidos anteriormente no se van a modelar en el presente proyecto; se estudiarán junto con el sistema propulsor (motor) en un proyecto independiente. 89

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Las horquillas utilizadas estaban formadas por una chapa gruesa doblada en forma de U en cuyos extremos se habían realizado un par de taladros por los cuales se introduciría el tornillo encargado de unirlos con la abrazadera que conecta con el sistema propulsivo (motor). Para asegurar su forma incorporaban un taco metálico en su interior que iba soldado a la chapa.

Ilustración 88. Horquilla de la estructura de sujeción de las cadenas

En cuanto a las decisiones tomadas para realizar la reproducción en CATIA de la horquilla destacan:

• Modificación de la altura.- La horquilla para su colocación debe introducirse en uno de los extremos del tubo principal de la carcasa guía, lo que supone que su altura no debe exceder al diámetro interior del mismo. Sin embargo, según los planos del NASM [2] esto no ocurre: iguala la altura de la horquilla con el diámetro exterior. Por lo tanto, se ha visto necesario cambiar el diseño de forma que coincida la altura con el diámetro interior.

• Adaptación del taladro.- La horquilla se une mediante un conjunto de tornillo y tuerca a la abrazadera que une con el sistema propulsivo (motor). Como se ha impuesto como requisito la adaptación de roscas, se ha tenido que modificar el tamaño del agujero para que no existan interferencias con el tornillo.

• Cambio del radio de redondeo.- Con el fin de facilitar el montaje (reduciendo las posibles interferencias) se ha decidido aumentar el valor del radio de redondeo de las esquinas y aristas exteriores de los extremos de la horquilla.

• Representación de soldadura.- Al igual que en la abrazadera, se ha optado por modelar las líneas entre el taco metálico y la chapa doblada en U generadas tras la realización de la soldadura.

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Ilustración 89. Horquilla antes y después de realizar soldadura

En tercer y último lugar se estudia en términos generales la carcasa guía. Es una parte de la estructura de sujeción de las cadenas que, como su propia denominación indica, se encarga de guiar a las cadenas en su movimiento. Está formada principalmente por una serie de tubos de acero sin costuras [2] que se pueden clasificar en los siguientes tipos:

• Tubo principal.- Su función es la de sustentar el resto de elementos de la carcasa guía. Para conseguirlo se une en cada uno de sus extremos a (ver Ilustración 82 e Ilustración 83):

o El recubrimiento del eje de la hélice mediante la abrazadera y tuerca de ajuste.

o El eje que sostiene al piñón doble a través de la horquilla. En este extremo la geometría del tubo se adapta para envolver a la pieza (ver Ilustración 90).

Ilustración 90. Adaptación entre tubo principal de la carcasa guía y la horquilla

• Tubos guía.- Se trata de dos tubos por los cuales discurre la cadena. En su diseño se debe tener en cuenta que las curvas que presenten deben ser suaves de forma que la cadena, gracias al juego entre sus componentes, pueda adaptarse de manera adecuada. Por la misma razón sus extremos terminan en boca de campana. Los tubos guía a veces presentan collares de refuerzo en dichos extremos.

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Ilustración 91. Detalle de boca de campana de los tubos guía

• Elementos auxiliares.- Tubos y/o placas de la carcasa guía cuyo objetivo es el de unir entre sí los tubos guía y el principal. Su colocación debe ser precisa para no modificar la posición relativa entre ellos y garantizar un desplazamiento correcto de la cadena.

Debido a la gran diferencia entre la configuración de la carcasa guía derecha e izquierda se ha decidido analizar más adelante en mayor profundidad de manera individual cada estructura expresando las decisiones más destacables tomadas para la construcción de su modelo en CATIA.

Hasta el momento se han examinados los rasgos comunes entre los elementos que conforman la estructura de sujeción de las cadenas derecha e izquierda, pero también es necesario indicar qué particularidades los diferencian.

Para explicar dichos rasgos distintivos se van analizar por separado los debidos a:

1. El conjunto de ajuste (abrazadera y tuerca).

2. La carcasa guía.

No se incluyen las referentes a la horquilla utilizada debido a que las estructuras de sujeción de las cadenas derecha e izquierda utilizan exactamente la misma pieza y con la misma posición.

El conjunto de abrazadera y tuerca, como se ha indicado anteriormente, se encargan del ajuste; esto implica que la profundidad a la que va roscado el tornillo cambia con el fin de que la horquilla, situada en el extremo opuesto de la estructura de sujeción, esté en una posición adecuada con respecto al eje paralelo al cigüeñal del motor. Como consecuencia es usual que la distancia entre el eje de la hélice y el extremo del tubo principal que determina la colocación del conjunto de ajuste no sea la misma entre estructura izquierda y derecha aunque a priori sí lo sea por diseño.

El posicionamiento no es la única diferencia entre los conjuntos de ajuste derecho e izquierdo. La abrazadera derecha se distingue también de la izquierda por incorporar una abrazadera de bloqueo al conjunto (ver Ilustración 92).

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Ilustración 92. Conjunto de ajuste derecho (incluye abrazadera de bloqueo)

Es necesario comentar que en un principio se implementó una abrazadera de bloqueo tanto en el conjunto ajustable derecho como en el izquierdo. Esta decisión se basaba en una anotación del plano G3 del NASM[2] (ver Ilustración 93) en la que se indicaba la utilización de dos abrazaderas de bloqueo (incorporando cada una un tipo de tornillo y tuerca diferente).

Ilustración 93. Detalle de abrazadera de bloqueo [2]

Ilustración 94. Comparación entre conjuntos de ajuste derecho e izquierdo. Resaltada la abrazadera de bloqueo en el derecho [2]

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Sin embargo, finalmente se determinó eliminar la del conjunto izquierdo al comparar los planos[2] en detalle de las estructuras de sujeción de la cadena derecha (plano G3) e izquierda (plano G4): en el primero de ellos se representaba dicha pieza y en el segundo no se aludía a ella (como se observa en la Ilustración 94).

En cuanto al modelado en CATIA de la arandela de bloqueo cabe destacar que:

• Al no estar acotado el espesor de la abrazadera se ha tomado el valor calculado a partir de la reproducción en plano [2].

• No se indican todas las cotas necesarias para definir a la chapa de la abrazadera de bloqueo. Para su reproducción se ha buscado que la similitud entre plano [2] y pieza fuera lo más alta posible. A su vez, se ha tenido en cuenta su función, adecuándola al diámetro exterior del tubo principal de la carcasa guía.

• Se ha adaptado la rosca del tornillo y la tuerca a una M5. Esto ha implicado que se haya tenido que modificar el diámetro de los orificios de la abrazadera.

• Según el diseño de la abrazadera de ajuste, al colocarla alrededor del tornillo de ajuste existiría una interferencia entre tornillos (ver Ilustración 95), que incluso se agravaría con el aumento de diámetro del agujero al adaptarlo. Para solucionarlo se ha decidido bajar el centro de dicho taladro puesto que así se evitaría el choque entre tornillos sin afectar a la funcionalidad del conjunto.

Ilustración 95. Análisis en pulgadas del acotado de la abrazadera de bloqueo (anotaciones sobre plano [2])

• Como se ha obviado la anotación del plano G3[2] (ver Ilustración 93) incluyendo una sola abrazadera de bloqueo, se ha tenido que escoger qué tipo de tuerca y longitud del tornillo de cabeza redonda se utilizarían. Con respecto a la tuerca se ha decidido optar por una hexagonal, por concordancia con la representación en detalle de la abrazadera de bloqueo. En cuanto a la longitud del tornillo, se ha fijado en 30 milímetros, valor intermedio entre los indicados.

Una vez analizadas las diferencias entre la estructura de sujeción de la cadena derecha e izquierda respecto al conjunto de ajuste, el informe se centrará en las referentes a la carcasa guía utilizada. Es necesario indicar previamente que no se van a explicar las diferencias debidas a la horquilla porque ambas estructuras utilizan piezas completamente iguales bajo la misma posición relativa entre sus elementos.

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Las carcasas guía derecha e izquierda tienen configuraciones completamente distintas por lo que se ha decidido explicar los componentes de cada una de ellas por separado, en vez de compararlos según sus elementos básicos.

En primer lugar se estudia la estructura de sujeción derecha (ver Ilustración 96), formada por tubos de diámetro exterior de 28,6 milímetros y espesor de pared de 1,3 milímetros. La configuración utilizada se caracteriza por la colocación simétrica de los tubos guía con respecto al principal y por usar elementos auxiliares para conectarlos de forma tubular unidos a ellos mediante pestañas soldadas a los mismos.

Ilustración 96. Carcasa guía de la estructura de sujeción de la cadena derecha

A diferencia del resto de elementos, el eje del tubo principal no es recto, tiene una inclinación de 1,39 grados. A pesar de ser un valor pequeño es determinante en el diseño y no puede ser despreciado. Para modelar la parte inclinada de dicha pieza se ha optado por utilizar un Rib usando como referencia los diámetros exteriores de los extremos rectos y aplicando un vaciado mediante la herramienta Shell en el que se le asocia el espesor de pared deseado. Es necesario indicar que en el extremo que une con el conjunto de ajuste, dado que en su interior debe alojar al tornillo de ajuste y al collar donde se desliza el mismo, no puede estar inclinado con respecto al mismo porque se generarían interferencias entre piezas. Por ello se ha decidido mantener este tramo del tubo recto. En cuanto al extremo opuesto, en el que se suelda la horquilla, también se ha mantenido recto el eje del tubo por una razón análoga. Por último comentar que el tramo que conecta la parte del tubo circular con la adaptada a la horquilla se ha modelado mediante el uso de Multi-sections Solid y Removed Multi-sections Solid.

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Ilustración 97. Tramos del tubo principal de la carcasa guía derecha

Con respecto a los tubos guía, para modelar la boca de campana de sus extremos se ha utilizado también un Multi-sections Solid, pero en este caso se ha aplicado el Shell a todo el tubo. Con el fin de conseguir una transición suave se han redondeado las aristas generadas entre los tramos modelados con distintas herramientas. Para conseguir el borde especificado en los planos [2] del NASM de los tubos guía se ha aplicado un achaflanado (ver Ilustración 99). Una vez modelado uno de los tubos guía se genera el otro a partir del primero aplicando Fast Multi Instantiation.

Ilustración 98. Tramos del tubo guía de la carcasa guía derecha

Ilustración 99. Detalle chaflán de los tubos guía

Los últimos elementos por definir de la carcasa guía derecha son los auxiliares, compuestos por cuatro tubos colocados en parejas de dos; cada una de las parejas está formada por un tubo de mayor longitud, que se une en sus extremos a los tubos guía, y otro más corto, que une al primero con el tubo principal (ver Ilustración 100).

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Ilustración 100. Elementos auxiliares de la carcasa guía derecha

El modelado de los elementos auxiliares no se ha realizado de forma individual (como los tubos guía o el principal) sino que se han definido a partir del resto de elementos de la carcasa guía. El procedimiento seguido ha sido el siguiente:

1. Situar en un Product de manera adecuada (acorde con el acotado del plano G3 del NASM[2]) los tubos guía y el principal.

2. Modelar el tubo largo auxiliar mediante un Pad definido hasta las superficies de los tubos guía (seleccionando la opción “Up to surface”). Para ello ha sido necesario prestar atención a que exista intersección entre los ejes de los tubos guía y el eje del tubo auxiliar definido.

3. Generar de manera análoga el tubo auxiliar corto, pero en este caso teniendo en cuenta que haya un encuentro entre el eje de dicho tubo y los ejes de los tubos principal y auxiliar largo.

4. Construir las cuatro pestañas de solape siguiendo los estos pasos:

a. Se define un plano (dentro del Part correspondiente al conjunto de tubo largo y corto auxiliares) perpendicular al eje del tubo que se quiere envolver.

b. Se dibuja en un Sketch en dicho plano el perfil de la pestaña construido a partir de la proyección de la superficie a envolver.

c. Se genera un Pad a partir de dicho Sketch. Al haber realizado el paso “a”, al seleccionar que se construya perpendicular al plano se está imponiendo que siga la dirección del tubo.

d. Se achaflanan las esquinas de las pestañas.

Por completar la explicación del modelado de la carcasa guía derecha cabe indicar algunas consideraciones tenidas en cuenta a la hora de reproducir en CATIA la unión entre los tubos de la carcasa guía derecha:

• El plano en detalle de las pestañas utilizadas [2] (ver Ilustración 101) no era muy claro; como consecuencia, se procedió a diseñar unas pestañas teniendo en cuenta las representaciones en plano de las mismas recogidas en otras vistas [2].

• La representación de las pestañas es suficiente para reproducir la unión entre tubos y no se ha incluido el cordón de soldadura entre ellos, simplificando así el modelo.

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Ilustración 101. Detalle de las pestañas de unión de la carcasa guía derecha [2]

Tras haber profundizado en las características que definen a la carcasa guía derecha es momento de estudiar su homónima izquierda que, como puede observarse en la Ilustración 102, posee una estructura más compleja.

Ilustración 102. Carcasa guía de la estructura de sujeción de la cadena izquierda

En esta estructura, los tubos guía se cruzan entre sí para conseguir que la cadena que direccionan permita un movimiento tal que generen un giro en sentido contrario al del mecanismo derecho. A continuación se explicará con detalle los elementos que componen esta carcasa guía izquierda.

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En primer lugar el informe se centra en el tubo principal de dicha carcasa que, al igual que los dos utilizados para guiar a la cadena izquierda, posee un diámetro exterior de 28,6 milímetros y un espesor de pared de 0,9 milímetros. Éste presenta una inclinación de 1,08 grados, la cual no se ha despreciado por la misma razón que la del tubo utilizado para la carcasa guía derecha. Para modelar el tramo inclinado de la pieza se ha hecho uso de las operaciones Multi-sections Solid y Removed Multi-sections Solid.

Es necesario indicar que, del mismo modo que en la carcasa guía derecha, se han mantenido rectos los extremos del tubo principal y se ha modelado el tramo que conecta el tubo con el tramo que se adapta a la horquilla mediante el uso de las herramientas Multi-sections Solid y Removed Multi-sections Solid.

A diferencia del tubo principal de la carcasa guía derecha, éste incorpora un tubo de menor diámetro unido en sus extremos mediante soldadura y, aproximadamente en su parte media, a través de un tubo (ver Ilustración 103). Para modelar este tubo de apoyo se ha utilizado el comando Rib dentro de un body distinto que se ha unido al principal mediante el comando Assemble. El haber utilizado un cuerpo distinto ha permitido que se pueda aplicar la acción Remove antes del ensamblaje para eliminar el tramo modelado con el Rib que intersecta con el tubo principal.

Ilustración 103. Tramos del tubo principal de la carcasa guía izquierda

Según los planos del NASM [2] los extremos de este tubo no sólo estaban soldados, también presentaban un especie de lámina de hierro envuelta en la unión. Sin embargo, se ha optado por no representarla debido a que la información que se recoge de ella es confusa (ver Ilustración 104).

Ilustración 104. Detalle unión entre tubo principal y de apoyo de la carcasa guía izquierda [2]

Los planos [2] también indican la presencia de abolladuras en el tramo curvado del tubo de apoyo que se ha supuesto que serían debidas a las herramientas utilizadas para dar forma a dicho tubo. Estas muecas no han sido incluidas en la reproducción virtual modelada.

En cuanto a los tubos guía de la carcasa izquierda, a diferencia de los de la derecha, éstos no son iguales entre sí. Uno de ellos, que se ha denominado “tubo de tensión” es recto con sus bordes acampanados. En cambio el otro, “tubo cruzado”, posee una geometría más compleja: incorpora una curvatura de forma que sus extremos estén en el mismo plano que el de los del tubo de tensión y que evite la interferencia con este último. Además, en uno de sus extremos posee un

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sistema de rodamientos que favorece la fluidez del movimiento de la cadena, mientras que en el otro incorpora una boca acampanada igual a la del tubo de tensión.

Del mismo modo que en la estructura de sujeción derecha, para modelar la boca de campana de los extremos se han combinado las operaciones Multi-sections Solid y Shell, se han suavizado las transiciones con redondeos de aristas y se ha aplicado un achaflanado del borde de salida. En cuanto a la parte central de los tubos guía, debido a las geometrías de los mismos se ha utilizado un Pad para modelar el tubo de tensión y un Rib para el cruzado.

Ilustración 105. Tramos del tubo de tensión de la carcasa guía izquierda

Ilustración 106. Tramos del tubo cruzado de la carcasa guía izquierda

Es importante indicar que las acotaciones sobre dichos tubos por separado son aproximadas y que se ha tenido que ir modificando el diseño del tubo cruzado tras posicionarlo junto al tubo principal y el de tensión para evitar intersecciones entre ellos y de forma que se cumplan las relaciones de contacto indicadas en las secciones del conjunto recogidas en el plano [2] (ver Ilustración 107 e Ilustración 108).

Ilustración 107. Comparativa entre sección D-D en plano[2] y la obtenida en el modelado

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Ilustración 108. Comparativa entre sección C-C en plano[2] y la obtenida en el modelado

Para poder realizar las comprobaciones se ha generado un Part auxiliar en el que recoger los planos de Sketch en los que se han incluido las proyecciones de los tubos principal y guía generadas a través del comando Intersection.

En cuanto a la colocación de los tres tubos, la distancia del extremo del tubo de tensión al principal no se indica en el acotado del plano (ver Ilustración 109). Para subsanar esta falta de datos se ha tomado el valor medido sobre plano (84 milímetros) [2].

Ilustración 109. Acotado insuficiente de la carcasa guía izquierda (anotaciones sobre plano [2])

Una vez explicado cómo se han modelado los tubos guía es momento de analizar el sistema de rodamiento que utiliza el tubo cruzado (ver Ilustración 110). Éste está formado por dos ruedas de madera unidas mediante dos ejes a un par de placas. Estas últimas van remachadas y soldadas a una estructura tubular que se adapta al tubo cruzado y se encuentra soldada a él [2] (ver Ilustración 112).

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Ilustración 110. Sistema de rodamientos del tubo cruzado

Las ruedas se han modelado por revolución mediante el uso de la herramienta Shaft y se ha modificado su taladrado a un diámetro de 6 milímetros para que se adapte al pasador diseñado. Con respecto al perfil utilizado para dicha revolución, se ha tenido que estimar el radio de redondeo de las hendiduras de forma que se asemeje al dibujado en el plano[2]. En cuanto al material, se ha tenido en cuenta la función de los rodamientos para escoger la dirección del veteado de la madera. Por último indicar que una de los rodamientos del Flyer I presentaba una grieta pero se ha decidido no reproducirla por suponer que no era parte del diseño original del modelo.

Por otro lado, el modelado de la estructura que soporta los ejes del rodamiento no ha sido tan simple. En este caso se partía de un plano en detalle [2] bastante confuso: incluía un perfil no cerrado (ver Ilustración 111). Para la reproducción de este tramo de la pieza indefinido se ha decidido utilizar como referencia las otras dos vistas del conjunto.

Ilustración 111. Perfil no cerrado representado en el plano del sistema de rodamientos [2] 102

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Como resultado, se ha obtenido una pieza que posee dos elementos, cada uno de los cuales se ha diseñado en un Body. El primero de ellos, formado por las dos placas simétricas, ha sido modelado mediante un Pad. El segundo, en cambio, está constituido por dos láminas curvadas construidas con la operación Pad que envuelven a la estructura tubular afianzada al tubo cruzado de la carcasa guía izquierda. Además este último elemento consta de un tramo inclinado que permite su unión con las placas (modelado con Multi-section Solid). En cuanto a los taladrados incluidos en esta pieza, para su definición se ha aplicado el comando Remove.

Ilustración 112. Vista explotada del sistema de rodamientos del tubo cruzado

En cuanto a la pieza tubular, ésta posee un tramo redondo y otro cuadrado unidos entre sí mediante el uso de los comandos Multi-section Solid y Remove Multi-section Solid (ver Ilustración 112). Para su unión con la estructura que soporta los ejes de los rodamientos utiliza dos remaches de cabeza avellanada. Se ha tenido en cuenta que no exista interferencia entre el remache y el tubo cruzado cuando éste se introduzca en la pieza tubular, lo que ha provocado que para modelar el agujero a realizar sobre dicha estructura se haya tenido que utilizar un Pocket a parte del Remove. Por otro lado, en su unión con el tubo cruzado se ha representado el collar de soldadura (ver Ilustración 110) donde se ha tenido especial cuidado en la elección de los Closing Points que definen la multi-sección utilizada.

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Por último indicar que el mecanismo utilizado para asegurar los extremos de los pasadores no se especifica en el plano [2]. Se ha supuesto que, dado que presenta un orificio pasante en cada uno de los extremos, usa un pasador de aleta. Esta solución permite no sólo asegurar que el rodamiento salga de su eje, sino que también consigue evitar el desplazamiento a lo largo del mismo al imponer que el radio exterior del pasador de aleta coincida con la distancia entre el agujero y la rueda. Estos pasadores se han modelado con un Rib de forma similar a la de los tirantes de sujeción.

A estas alturas del informe, los únicos elementos por especificar de la carcasa guía izquierda son los elementos auxiliares. A diferencia de la estructura de sujeción derecha, estos no sólo tienen forma tubular, también utiliza placas y una banda. Estos elementos se encuentran soldados a los tubos guía y al principal, sin embargo, se ha decidido no representar el collar de soldadura debido a la complejidad del modelo. Con el fin de facilitar la comprensión de la descripción de estas piezas se procederá a nombrarlas, tomando como referencia las secciones indicadas en el plano[2], de la forma que se indica en la Ilustración 113.

Ilustración 113. Denominación de los elementos auxiliares de la carcasa guía izquierda

En primer lugar se analizan los elementos tubulares, los cuales están poseen un espesor de pared de 0,9 milímetros. Estos pueden clasificarse en dos tipos según si sus ejes son perpendiculares o no a los tubos que conectan. Dentro del grupo que sí lo son se encuentran:

• Tubos E-E.- Conjunto de tres estructuras tubulares de 28,6 milímetros de diámetro exterior modeladas de forma análoga a la de los elementos auxiliares de la carcasa guía derecha. Unen el tubo principal con los dos tubos guía y también los conectan a estos dos últimos entre sí.

• Tubo E-F.- Se trata de un único tubo que une el tubo cruzado con el de tensión. Se ha supuesto con el mismo diámetro exterior y espesor de pared que el conjunto anterior al no 104

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especificar el plano dichos valores [2]. Al igual que los tubos anteriores se ha seguido el mismo procedimiento que el llevado en la reproducción virtual de la estructura de sujeción derecha.

• Tubo G-G.- Estructura tubular que conecta el tubo de tensión con el principal. Análogamente al caso anterior, no se tienen detalles sobre su diseño [2], por lo que también se utilizarán las mismas medidas que las de los tubos E-E. El modelado se realizará de igual modo que los tubos anteriormente mencionados.

Por otro lado, dentro del grupo que no son perpendiculares a las superficies de los tubos que conectan, se sitúan los tubos A-A. Presentan una configuración similar a la de los elementos auxiliares de la carcasa guía derecha, donde un tubo de mayor longitud une los conductos guía entre sí y éste, a su vez, se conecta mediante el de menor altura con el tubo principal [2]. Pero en este caso no se han incluido las pestañas de unión entre tubos al igual que se ha decidido no representar los cordones de soldadura.

Según las medidas tomadas a partir del plano G4 del NASM[2], el eje del tubo de mayor longitud del conjunto A-A se encuentra inclinado a 16 grados con respecto la vertical. Por ello, para modelarlo se ha generado un plano con dicha inclinación y uno perpendicular a éste para que se pueda dibujar el perfil a extrudir sobre este último. Respecto a las dimensiones de los tubos, se ha tomado un espesor de milímetros para los dos (a pesar de que no se indique el de menor longitud) y los diámetros exteriores indicados en la Tabla 33.

Tabla 33. Diámetros exteriores de los tubos A-A de l carcasa guía izquierda [2]

Tipo Diámetro Exterior [mm] Tubo largo 19 Tubo corto 22,2

En cuanto a las placas (ver Ilustración 114), la carcasa guía izquierda incorpora dos: una de ellas de menor longitud (placa C-C) que conecta el tubo principal con el cruzado y otra (placa B-B) que une entre sí a los tubos guía y el principal. En el caso de la placa B-B, este elemento de unión se encuentra inclinado del mismo modo que el tubo de mayor longitud A-A (a 16 grados con respecto a la vertical). Para fijar la placa B-B a los tubos de la carcasa guía, aparte de utilizar soldadura como el resto de elementos auxiliares, incluye un remache de cabeza redonda de 3 milímetros de diámetro en su unión con el tubo principal.

El procedimiento utilizado para la reproducción en CATIA de las láminas ha consistido en utilizar planos auxiliares en los que intersectar los tubos a conectar de forma que el diseño utilice este dato y se consiga una unión perfectamente adaptada. Una vez definidos los perfiles se han conectado mediante el comando Multi-section Solid. Es necesario indicar que los planos generados para la construcción de la placa B-B han tenido en cuenta la inclinación de la misma.

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Ilustración 114. Placas utilizadas en la carcasa guía izquierda

Con respecto a los espesores, en el plano [2] tan solo se indica el de la placa de anclaje C-C (3,2 milímetros). Se ha supuesto que lámina B-B posee el mismo grosor. Cabe señalar que al incorporar la placa B-B en el conjunto, antes de moldearla de forma que se adapte a los tubos, ésta se dobló sobre sí misma. Para reproducirlo en CATIA se ha generado una placa de espesor el doble y se ha redondeado una de las caras simulando el doblez (ver Ilustración 115).

Ilustración 115. Detalle del doblez de la placa B-B de la carcasa guía izquierda 106

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Para finalizar este bloque explicativo falta analizar el último elemento auxiliar de la carcasa guía izquierda: la banda F-F (ver Ilustración 116). Modelada aplicando los comandos Multi-section Solid y Remove Multi-section Solid, presenta un problema de interferencia. Este es debido a que el tramo del tubo cruzado que envuelve la banda no es recto. Se ha decidido realizar una acción tipo Remove en lugar de proponer una solución más elaborada debido a que la intersección es pequeña.

Ilustración 116. Band F-F de la carcasa guía izquierda.

5.2.6.2 Estructura de sujeción principal

El Sistema propulsor del Flyer I está asegurado a las alas superior e inferior mediante una estructura tubular conectada a los ejes de las hélices, la cual se ha denominado estructura de sujeción principal.

Como se indicó al principio del sub-apartado 5.2.6, se puede dividir en dos partes diferenciadas pero bastante similares (derecha e izquierda) según el eje de hélice que sustentan. Cada una de éstas presenta los siguientes componentes básicos (ver Ilustración 117):

• Un recubrimiento del eje de la hélice.

• Dos elementos de unión tubulares entre el recubrimiento y el ala superior.

• Dos elementos de unión tubulares entre el recubrimiento y el ala inferior.

• Dos nudos de unión que conectan el recubrimiento con los tubos asegurados en las alas.

• Algunos elementos auxiliares para las uniones y de refuerzo.

A continuación se explicará de qué elementos consta cada uno de estos componentes y en qué se diferencian los de la estructura de sujeción principal derecha frente a los de la izquierda. A su vez se recogerán las decisiones de diseño que se han tomado para llevar a cabo la reproducción virtual del conjunto y algunos detalles del modelado.

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Ilustración 117. Componentes de la estructura de sujeción principal

En primer lugar se estudia el recubrimiento (ver Ilustración 118). Éste está formado por un tubo de acero sin costuras de 25,4 milímetros de diámetro exterior y de 0,9 milímetros de espesor de pared. Presenta distintas longitudes según el eje que envuelve, siendo el izquierdo 28,6 milímetros más largo que el derecho.

Ilustración 118. Recubrimiento del eje de hélice derecho (arriba) e izquierdo (abajo)

La longitud no es la única diferencia, el recubrimiento del eje de la hélice derecha posee dos tubos de refuerzo y el izquierdo ninguno. Ambos tienen en sus extremos orificios a través de los cuales fijar la posición de los nudos de unión y permitir la colocación de un engrasador que facilite el movimiento de giro del eje.

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En segundo lugar se analizan los nudos de unión utilizados en la estructura de sujeción principal, indicando los elementos que lo conforman, describiendo qué decisiones se han tomado para su modelado en CATIA y especificando las diferencias entre los distintos nudos utilizados.

Ilustración 119. Elementos de los nudos de unión de la estructura de sujeción principal

Cada uno de los nudos de unión está compuesto por (ver Ilustración 119):

• Cojinete.- Tubo de bronce ajustado en el interior del recubrimiento del eje de la hélice y soldado a éste. Presenta una serie de orificios realizados tras aplicar la soldadura que permiten asegurar la fijación del resto de elementos mediante el uso de remaches como si fuesen pasadores. Para modelar dichos agujeros se ha utilizado el comando Hole ya que, al no atravesar completamente los remaches el tubo, con una sola acción tipo Remove no habría bastado.

• Chapa.- Formada por la unión de dos chapas en forma de L, incluye un agujero a través del cual se fijará a las estructuras tubulares que conectan con el ala inferior. Con respecto al modelado de la misma, se ha aplicado la operación Combine para generar una chapa en L y un Mirror para generar la segunda chapa simétrica.

• Pieza de fijación.- Compuesta por un tubo, cuyo diámetro interior coincide con el exterior del que une con el ala superior, y una chapa, que envuelve al recubrimiento del eje de la hélice. Para modelar en CATIA el tubo, debido a que se adapta a un tubo inclinado, se ha utilizado un plano auxiliar para definir el Pad que lo conforma. Por otro lado, para reproducir la chapa se ha usado el comando Combine definiendo uno de los perfiles en función del diámetro exterior del recubrimiento del eje y el otro, que indica la forma en planta de la pieza, moldeándolo con un Spline. En principio se aplicó la misma geometría de chapa para todos los nudos, sin embargo, al haber interferencias en algunos casos con otros elementos se tuvieron que modificar para evitarlas (ver Ilustración 120).

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Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

Ilustración 120. Modificación del diseño de un nudo de unión para evitar interferencias

• Engrasador.- Construido en latón y roscado en el tubo se trata de un engrasador manual que se activa mediante el giro de su tapa superior. Debido a que contiene rosca, se ha decidido adaptarlo al Sistema Internacional normalizándolo según UNE 18069 utilizando el modelo similar Stauffer [57] (ver Ilustración 122). Para escoger el tamaño adecuado se ha tomado aquel cuyo diámetro de tapa sea inmediatamente superior al indicado en plano[2]. En cuanto a su reproducción en CATIA, la tapadera se ha modelado por revolución (Shaft) definiendo su roscado interior aplicando conjuntamente las operaciones Pocket y Thread/Tap; en cuanto al relieve exterior de la cabeza, se ha utilizado un Circular Pattern definido a partir de un Pocket. Por otro lado, para moldear la base del engrasador se ha combinado el uso de las herramientas Pad, Shaft, Pocket y Thread/Tap.

Ilustración 121. Elementos del engrasador

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Ilustración 122. Comparativa entre diseño normalizado [57] y recogido en plano [2] del engrasador

A pesar de poseer todos los nudos de unión los mismos componentes, las dimensiones de los mismos los diferencian unos de otros. De tal forma se define un nudo A, en el extremo más cercano al piñón de la hélice izquierda; uno B, al lado del piñón derecho; y dos nudos C, en los extremos más próximos a las palas de la hélice (ver Ilustración 123).

Ilustración 123. Nudos de unión de la estructura de sujeción principal

A continuación se recogen las diferencias entre los elementos de los distintos nudos: cojinetes, chapas y piezas de fijación. Cabe indicar que todos utilizan el mismo engrasador, por lo que no se ha incluido en esta comparativa.

Con respecto a los cojinetes, la dimensión que cambia entre los tubos de cada nudo es su longitud. En la Tabla 34 se recogen los valores utilizados en cada uno de ellos.

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Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

Tabla 34. Longitudes de los tubos de los nudos de unión de la estructura de sujeción principal

Nudo Longitud [mm] A 50,8 B 38,1 C 44,5

En cuanto a las chapas, éstas poseen diferentes medidas tanto de longitud como de posicionamiento del taladro, como puede observarse en la Ilustración 124 (valores expresados en pulgadas por proceder del plano original del NASM [2]). En esta imagen se recogen los perfiles acotados de las chapas que han sido completados con información expresada en otras vistas del conjunto. A su vez, con esta imagen queda patente la falta de información para completar el diseño del perfil de la chapa: no se indica la inclinación del achaflanado y, en algunos casos, no se incluye la altura de la pieza (nudos A y C) o del taladro (nudo B). Para solucionarlo, como inclinación se ha aplicado un ángulo de 45 grados (valor medido su valor sobre plano [2]) y, en principio, se mantuvo el mismo valor de alturas para los tres tipos de chapas utilizadas. Sin embargo, tras el montaje de todos los elementos de la estructura principal, en algunos casos existía interferencia entre dichas chapas y las horquillas con las que se conectaban, por lo que se decidió disminuir este valor de la altura en esos casos.

Ilustración 124. Comparativa de las chapas de los nudos de unión de la estructura de sujeción principal

Por otro lado, las diferencias entre las piezas de fijación de los distintos nudos de unión no sólo son las debidas a las modificaciones pertinentes realizadas sobre la chapa que envuelve a los recubrimientos de los ejes de la hélice, también se distinguen por la inclinación, longitud y diámetro interior de los tubos de los que se componen (ver Tabla 35).

Tabla 35. Datos que distinguen a los tubos de las piezas de fijación de los nudos de unión

Nudo Inclinación Longitud [mm] Diámetro interior [mm] A 71º 50,8 22,2 B 72º 45’ 38,1 22,2 C 43º 15’ 44,5 19

Tras analizar los recubrimientos y nudos que componen la estructura principal de sujeción, en tercer lugar se explicará qué tipo de elementos utiliza para conectar, a través de dichos nudos, los recubrimientos anteriores con las alas superior e inferior. Para esta función, la estructura de sujeción incorpora por cada hélice:

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

• Dos tubos anclados en los correspondientes nudos de unión que envuelven a una placa perforada en su otro extremo, a través de la cual se unen al ala superior.

• Dos tubos fijados a las chapas de los nudos de unión correspondientes a través de una horquilla a la que se adaptan y, en su otro extremo, envuelven una chapa perforada que se utilizará para la unión con el ala inferior.

A continuación se expresan las diferencias entre estos distintos elementos utilizados y algunos detalles de cómo se han modelado en CATIA. Para facilitar las explicaciones se utilizará la siguiente notación en función del recubrimiento y ala que conectan y el nudo al que se unen:

Tabla 36. Notación de elementos que conectan el recubrimiento del eje de la hélice con las alas

1ª letra 2ª letra 3ªletra Recubrimiento Ala Nudo R Derecho (Right) U Superior (Up) A, B o C L Izquierdo (Left) D Inferior (Down)

En primer lugar se estudian las horquillas utilizadas. De igual forma que las incorporadas en la estructura de sujeción de las cadenas, están formadas por una chapa gruesa doblada en forma de U en cuyos extremos un par de taladros permiten que se introduzca un tornillo encargado de fijarlos a la chapa del nudo de unión y poseen un taco metálico soldado en su interior para evitar que se deforme. La estructura de sujeción principal cuenta con cuatro de ellas: dos en el lado derecho (horquillas RD) y dos en el izquierdo (Horquillas LD); estas se diferencian entre sí por poseer distinta altura (ver Tabla 37).

Tabla 37. Altura de las horquillas de la estructura de sujeción principal

Horquilla Altura [mm] RD 20,6 LD 19

Para el modelado de estas horquillas se ha partido del diseño utilizado para la sujeción de las cadenas modificando las medidas adaptándolas a las indicadas en el plano[2]. En cuanto al taladrado se ha usado un diámetro de 7 milímetros.

En segundo y último lugar se analizarán las estructuras tubulares con las correspondientes placas que incorporan (ver Ilustración 125 e Ilustración 126). Éstas están compuestas por tubos de diferentes diámetros y longitudes (consultar valores en Tabla 38).

Tabla 38. Datos de las estructuras tubulares de fijación principal

Unión Longitud [mm] Diámetro exterior [mm] RUB 848 22,2 RUC 1175 19 RDB 984 19 RDC 1243 19 LUA 858 19 LUC 1176 15,9 LDA 990 19 LDC (superior/inferior) 756 / 562 19 / 15,9

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Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

En la tabla se incluye la distancia entre el final del tubo y el eje del taladrado de las placas que incorporan. En general se utiliza un solo tubo para cada unión, sin embargo, en el caso de la unión LDC se incorporan dos (siendo el inferior el de menor diámetro que se introduce en el interior del superior).

Ilustración 125. Denominación de los tubos que incluye la estructura de sujeción principal

Las placas utilizadas para anclar la estructura a las alas del aeroplano son piezas independientes que se han introducido en el interior del tubo de forma que éste se adapte a su geometría; salvo en la unión RDC, donde la placa la forma el propio tubo que ha sido aplastado en dicho extremo y luego mecanizado con la forma deseada. En estas placas destaca la variedad de sus diseños, que pueden observarse en la Ilustración 126 (los conjuntos de unión aparecen en distintas escalas).

A pesar de que en la mayoría de los casos las placas son piezas independientes, se han modelado en el mismo Body que los tubos de unión. Esta decisión se ha basado en el hecho de que dichas piezas se encontraban soldadas al tubo.

Para modelar las uniones se ha utilizado el comando Combine para la reproducción de las placas y la operación Pad para los tubos. En cuanto a los tramos de transición entre ambos elementos, se han aplicado las herramientas Multi-section Solid y Remove Multi-section Solid. Se ha completado el diseño realizando unos cuantos redondeos y generando los taladros para las uniones (utilizando el comando Hole). Los agujeros se han adaptado de forma que se permita el uso de elementos de unión de rosca métrica (con diámetros de 7 y 4 milímetros).

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Ilustración 126. Piezas de unión. De arriba abajo: RUB, RUC, RDB, RDC, LUA, LUC, LDA y LDC

Durante el proceso de modelado y ensamblaje de estos elementos se han tenido que solucionar algunos problemas encontrados. A continuación se listan algunos de ellos:

• Según el diseño indicado en el plano las placas se sitúan alineadas con los ejes de los tubos [2]. Sin embargo, al ensamblarlos con esta configuración, las placas acabarían superponiéndose por quedar en el mismo plano (ver Ilustración 127). Para solucionarlo se ha desplazado su colocación con respecto al eje del tubo al que se unen.

Ilustración 127. Intersección entre placas de la estructura de sujeción principal

• La geometría de las placas utilizadas no quedaban totalmente definidas por el acotado del plano [2], por lo que se han tenido que realizar medidas sobre el mismo [2] para completarlas. 115

Modelado de monorraíl y sistema propulsor (hélices) del Flyer I en CATIA V5

• En el conjunto LDC, el diámetro exterior del tubo que se introduce sobre el otro es mayor que el diámetro interior del que debe adaptarse. Para evitar esta incompatibilidad se ha reducido el diámetro exterior para que coincida con el valor del diámetro interior del otro.

• Para colocar los elementos de ese mismo conjunto (LDC) se ha impuesto una restricción relativa al posicionamiento entre los tubos que lo conforman. Sin embargo, éstos no están fijados entre sí y se debe permitir el movimiento entre ellos. Para que sea más sencillo determinar qué restricción desactivar se ha denominado a la misma “Para caso estático”.

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

6 CONCLUSIONES

A priori se partía de un conocimiento básico del programa de modelado utilizado y de poca experiencia en la interpretación de planos. Esto ha implicado que a lo largo del desarrollo del proyecto haya ido evolucionando el nivel de conocimientos adquiridos, aprendiendo de los errores cometidos.

Este apartado está dedicado a la recopilación de todas aquellas conclusiones, relativas tanto al análisis de planos como al uso de CATIA V5, que son fruto de dicho proceso de aprendizaje. Con respecto al uso del programa se distinguirán dos tipos: unas a nivel general, sobre cómo utilizar CATIA, y otras más específicas, relativas al uso de herramientas concretas del software.

Además, se incluye un sub-apartado previo que analiza en grandes rasgos las conclusiones del estudio sobre la vida e inventos de los hermanos Wright realizado y del centrado en el monorraíl y el sistema de hélices que utilizaban.

A nivel personal cabe indicar que este proyecto ha supuesto todo un reto tanto en la búsqueda de información fiable, como en la gestión del propio tiempo y la toma de decisiones. Como consecuencia, durante el desarrollo del mismo el autor ha conseguido aprender tanto a seleccionar fuentes, contrastar información e interpretar planos como a tomar decisiones de diseño y modelar a nivel básico en un programa de gran aplicación en el sector de la aeronáutica (cumpliéndose los objetivos esperados inicialmente).

Antes de comenzar con la explicación de las conclusiones asociadas a los distintos ámbitos de trabajo del proyecto es necesario indicar que el requisito de adaptación a roscas métricas quizás no haya sido el más adecuado. Debido a la envergadura del proyecto, no era viable modificar todos los elementos de los sistemas modelados y, por tanto, se ha obtenido un avión con componentes estandarizados según normativa europea y anglosajona simultáneamente.

6.1 Estudio de los hermanos Wright: monorraíl y hélices Tras haberse presentado un estudio de Orville y Wilbur Wright se concluye que estos dos hermanos poseían gran talento e inventiva, pero que no fueron estas habilidades las únicas que les llevarían al éxito; ante todo fueron meticulosos investigadores y trabajadores sin descanso que convirtieron su hobby en su medio de vida.

Aptitudes que les hicieron preguntarse cómo resolver el problema de volar, cuestión que los conduciría a inventar lo más importante: el proceso de desarrollo de un avión. Esta sencilla razón, como se indica en el capítulo “Los últimos días de Planilandia” del libro “Historia de los aviones”, es la causa de que los hermanos obtuvieran éxito en lugar de fracaso, como les sucedió todos sus rivales de la época [58].

A raíz del estudio de los monorraíles que utilizaron para realizar sus primeros vuelos queda patente su inventiva: siendo capaces de instalar un sistema complejo de poleas para vencer los inconvenientes atmosféricos. Sin embargo, sería en el estudio de las hélices dónde demostrarían gran parte de su potencial.

Como se puede concluir a partir de este informe, destaca la importancia que su trabajo ha supuesto en la evolución de los diseños de hélices, situándolos pioneros en este ámbito. El principio de funcionamiento de las hélices ha cambiado bastante poco desde el primer vuelo del Flyer el 17 de

117

Conclusiones

diciembre de 1903, siendo el avance tecnológico y de materiales los responsables de la mejora de las actuaciones de las mismas [35].

También cabe señalar en estas conclusiones basadas en el estudio realizado las siguientes frases recogidas en el informe “Evolution of Wright Flyer Propellers between 1903 and 1912”:

“In order to understand the contributions of Wilbur and Orville Wright to aeronautics, it is necessary to place the brothers and their work in the context of the time. Only then is it possible to appreciate the critical importance of their evolution of efficient propeller designs.” [34]

“Con el fin de entender las contribuciones de Wilbur y Orville Wright a la aeronáutica, es necesario situar a los hermanos y su trabajo en el contexto histórico. Sólo entonces es posible apreciar la gran importancia de la evolución de la eficiencia de sus diseños de hélices.”

Para concluir este análisis sobre el estudio de los hermanos Wright se ha decidido utilizar las palabras del profesor emérito de la Universidad de Houston en las que asegura la autoría de los hermanos de ser los primeros en construir un avión:

“And so, while people try to challenge the Wright Brothers' priority, the vast base of solid engineering continues to tilt in their favor -- detail by detail. Did they invent the airplane? Oh yes indeed. I think we can safely say they really did.” [33]

"Y así, mientras se trata de cuestionar la prioridad de los hermanos Wright, la gran base de la ingeniería sólida continúa para inclinarse a su favor - detalle por detalle. ¿Inventaron ellos el avión? Oh sí, por supuesto. Creo que podemos decir con seguridad que realmente hicieron."

6.2 Interpretación de planos Para llevar a cabo la reproducción virtual de los sistemas especificados del aeroplano de los hermanos Wright se ha utilizado como base del diseño los planos del Museo Nacional del Aire y del Espacio del Instituto Smithsonian[2]. Éstos fueron dibujados a partir de medidas tomadas del aeroplano de los hermanos Wright de 1903 y de los planos de 1950 de Louis P. Christman. El hecho de trabajar con planos basados en referencias originales ha conferido al proyecto veracidad consiguiendo que el modelado obtenido sea fiable.

Como resultado del trabajo realizado con los ellos se destaca la importancia de dedicar tiempo a la lectura de los mismos. Tiempo que ha de ser invertido no sólo en atender a los detalles del mismo sino también a tener una visión del conjunto a modelar.

Cuando se habla de visión del conjunto se entiende como un análisis de la totalidad de los planos que definen el sistema a modelar; esto conlleva el entendimiento del funcionamiento del mecanismo plasmado en ellos y tener clara la relación existente entre los distintos elementos que lo conforman. Las notas aclaratorias del autor son muy útiles en este aspecto.

Estas conclusiones se determinaron a partir del proceso de modelado del sistema propulsor (hélices). A diferencia del monorraíl, donde sólo se tenía como referencia un plano, el sistema propulsor constaba para su reproducción de seis de ellos. En un principio se modeló el monorraíl y, con el fin de mantener el mismo proceso, se decidió analizar cada plano por separado del sistema

118

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices) propulsor y modelar las piezas contenidas en el mismo tras éste. Sin embargo, rápidamente se abandonó la idea, puesto que ciertos componentes incluidos en algunos planos no venían totalmente definidos en ellos, pero sí se especificaban en detalle en otros o incluso eran otras restricciones indicadas sobre distintas piezas las que determinaban su diseño.

Además de entender el conjunto se debe poner atención a los detalles del plano tales como el acotado o las anotaciones del autor. Esto se deduce a raíz de la experiencia de interpretación de planos llevada a cabo durante la realización del proyecto que se expone en este informe. A continuación se incluyen los aspectos que se concluye que son importante identificar respecto al acotado indicando la experiencia en la que se apoyan:

• Las unidades.- Al trabajar con planos americanos, el sistema de unidades utilizado es el anglosajón. Debido a la antigüedad de los planos a veces no se lograba discernir la unidad anotada (pies o pulgadas) y se tenía que recurrir a otras cotas para identificar su significado.

• La compatibilidad entre cotas.- En ciertos casos se han encontrado incompatibilidades debidas al funcionamiento, donde cierta cota impedía el movimiento del mecanismo analizado, como el caso de las ruedas del monorraíl; o dimensionales, donde físicamente no es posible dicha configuración entre piezas, como puede ser el caso de elementos de mayor tamaño incluidos entre huecos de menor cota encontrado en la cadena.

• Acotado insuficiente.- A la hora de reproducir las piezas en CATIA a veces su geometría no quedaba totalmente definida, por lo que se tenía que volver al plano para tomar medidas sobre él o recurrir a otro plano en el que pueda deducirse el valor de las cotas no incluidas.

Por otro lado, se concluye que es importante atender a los detalles indicados por el autor (mediante texto o símbolos) porque ello no sólo ha permitido deducir cómo se han fabricado las piezas, también recogen el material en el que se conforman, aclaraciones sobre el funcionamiento de mecanismos o acerca de su acotado,…

Para finalizar este bloque dedicado a las conclusiones que son fruto de la experiencia en la interpretación de planos realizada en el presente proyecto, se señala el desafío que ha supuesto trabajar con planos antiguos americanos, en los que se ha tenido que buscar el significado adecuado de no sólo de la denominación de los elementos que detallan y de los procesos de conformado, sino también el de las abreviaturas indicadas en el mismo.

6.3 Uso del software A nivel general, tras haber trabajado con CATIA se ha observado que es esencial ser organizativo, que es importante dedicar tiempo a la denominación de archivos y elementos de un modelado, que es necesario ir realizando comprobaciones periódicas del buen funcionamiento y que debe darse especial atención al acotado. A continuación se explica el porqué de estas afirmaciones.

En este proyecto se han modelado sistemas complejos con gran número de piezas. Esto se ha traducido en que durante la realización de la reproducción virtual se haya tenido que trabajar simultáneamente con numerosos archivos. Para poder llevar un control de qué piezas se incorporan en qué Product y evitar confusiones entre elementos similares, ha sido esencial prestar importancia a la organización y denominación de piezas.

A raíz de la experiencia, el sistema que mejores resultados ha tenido ha sido aquel organizado en carpetas y sub-carpetas. Este consiste en situar las piezas que componen un conjunto en una 119

Conclusiones

misma carpeta. De esta forma, se garantiza que a la hora de nombrar el archivo correspondiente a cada elemento que incorpora el Product no exista coincidencia entre denominaciones que impida que pueda generarse el conjunto (CATIA no puede incluir dentro de un mismo Product dos piezas distintas con el mismo nombre). Lo mismo ha sido aplicado a conjuntos que incorporan subconjuntos (ensamblaje de Products).

Especial atención se ha tenido en el modelado de los elementos utilizados para la instalación de los ejes de las hélices. El hecho de utilizar dos hélices que presentan elementos comunes y otros con ligeras diferencias entre ellos ha supuesto un reto. Para el modelado del este sistema en primer lugar se generó el conjunto derecho y, utilizando una copia de éste, se procedió a modificar aquellos datos necesarios para adaptarlo a los requisitos del izquierdo. Cada uno de los bloques, derecho e izquierdo, se organizaron en carpetas independientes, por lo que a priori no existía problema. Sin embargo, al realizar el ensamblaje completo del sistema propulsivo sí se apareció la incompatibilidad, teniendo que recurrir a cambiar el nombre (se incorporó la denominación “izq.” en los elementos del eje izquierdo). Quizás podría haberse generado una carpeta con los elementos comunes entre sí y otras dos que contuvieran los archivos específicos de cada conjunto, de forma que se ahorrase espacio. Sin embargo, se adoptó la otra opción por ser más intuitivo el incorporar todos los elementos que utiliza un conjunto dentro de la misma carpeta.

En cuanto a la organización de archivos, también es necesario explicar el caso de las carcasas guía que utilizan las cadenas del Wright Flyer I. En principio se generó una carpeta denominada “cadena” en la que se recogerían todos los elementos relativos a las mismas: cadenas, piñones y carcasa guía. Sin embargo, debido por un lado a que previamente al modelado de la cadena se realizó el del eje y los elementos utilizados para su instalación, y que por otro existía una relación estrecha entre eje y piñón, se decidió introducir este último elemento en las carpetas “Hélice derecha” y “Hélice Izquierda”. El siguiente paso consistió en el modelado de los elementos restantes que incluiría la carpeta “cadena”: carcasas guía y cadenas. En principio esta organización era aceptable, puesto que ambos conjuntos trabajaban de manera conjunta. Pero, al continuar con la reproducción virtual del sistema propulsor, se apreció que las carcasas guía, teniendo en cuenta su función, formaban parte del sistema de sujeción. Finalmente se mantuvo esa organización, pero quizás habría sido más acertado situar las carcasas guía en las carpetas dedicadas a la estructura de sujeción.

No sólo es importante la organización y denominación en los archivos, también lo es para los elementos que conforman las piezas modeladas. Durante la reproducción 3D realizada se han tenido que construir piezas bastante complejas, como puede ser la semipala de la hélice. En estos casos, mantener un orden en el árbol de especificaciones e ir nombrando los planos y secciones ha sido de gran ayuda para discernir claramente qué elemento forma parte de qué tramo de la pieza.

Para la realización de este proyecto se han realizado numerosos ensamblajes de piezas. Aunque durante el modelado de los elementos a unir se haya tenido en cuenta cómo han de juntarse entre sí, siempre pueden aparecer interferencias entre ellos que no han sido detectadas durante el diseño. En un principio se realizaba la comprobación de existencia de choque entre las piezas cuando se montaba un conjunto completo, como por ejemplo sobre la plataforma móvil portadora del monorraíl. Sin embargo, se decidió aumentar la frecuencia, aplicándolos también a los ensamblajes que poseen menos piezas, por dos razones. La primera de ellas es que estos análisis de clash son rápidos. La segunda, que resulta más sencillo ir retocando piezas que se acaban de modelar y se sabe cómo están organizadas, que esperar a que todo esté montado y volver a analizar el árbol de especificaciones de las piezas modeladas hace más tiempo que haya que modificar. 120

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Otra de las afirmaciones que se hicieron al principio de este apartado se corresponde a que al trabajar con CATIA debe darse especial atención al acotado. En este ámbito también se han cometido errores, a partir de los cuales se pueden dictar las siguientes recomendaciones:

• Cuando se desea reproducir un perfil de un plano se deben imponer las restricciones indicadas en el mismo, no las calculadas partir de los datos que recoge. Esto permite comprobar de manera más sencilla qué cotas se han aplicado, si falta o no información por incluir y si el acotado del plano es suficiente para definir de manera completa a la pieza.

• Utilizar siempre que se pueda parámetros y fórmulas ya que, aunque a priori pueda parecer que conllevan un aumento de tiempo en el modelado, permiten realizar modificaciones de piezas de manera automática. Además simplifican el diseño y permiten detectar fácilmente los parámetros de diseño de la pieza.

6.4 Herramientas para la generación de taladros Una vez analizadas a nivel general las conclusiones relativas al trabajo con el software y los planos, el informe se centra en explicar algunas deducciones específicas obtenidas a raíz del uso de distintas herramientas de CATIA para el modelado de piezas. Se ha escogido incluir aquellas relativas a la generación de taladros porque se ha considerado que puede interesar a aquel que proceda a realizar un modelado y porque a nivel personal habría sido bastante útil conocer a priori esta información.

En el ensamblaje de los conjuntos de piezas modelados se han utilizado multitud de elementos básicos de unión (remaches, pasadores y/o tornillos) los cuales han requerido la realización de un taladrado para su colocación. A lo largo del proyecto se han utilizado diversas herramientas para la realización de dicha tarea, obteniéndose diferentes resultados.

La herramienta que se ha utilizado con preferencia es Remove, ya que al generar el taladro a partir de la pieza a ensamblar se garantiza que la adaptación entre ambas sea perfecta. Además, dado que toma la información de ésta, no necesita que se especifique el diámetro, colocación o roscado (en caso de que lo hubiera) del agujero. A su vez, en el ensamblaje tampoco se deberá tener en cuenta el paso de la rosca (en caso de que existiera) ya que el agujero se define con la posición final deseada de la pieza.

Sin embargo, este comando presenta algunas desventajas:

• Sólo resta el material del elemento macho que intersecta.- Ello implica que para llevar a cabo un agujero de mayor longitud que la de dicho elemento el uso de esta herramienta debe combinarse con otra para completar el orificio.

• No permite crear patrones.- Para poder hacer orificios se seleccionará elemento por elemento, no se puede generar un Pattern.

• No siempre es aplicable.- Según la experiencia no permite realizar su acción sobre un Body creado con los comandos Multi-section Solid o Rib.

Por estas razones se recomienda el uso de otras operaciones en ciertos casos específicos. A continuación se recogen algunos de ellos:

121

Conclusiones

• Orificios sobre sólidos generados mediante el comando Multi-section Solid.- Se escogería utilizar la herramienta Remove Multi-section Solid por la existencia de compatibilidad entre ambas.

• Orificios más profundos que el macho, definidos sobre superficies planas.- Se elegiría la operación Hole por permitir definir que sea pasante y únicamente se debe indicar posicionado y diámetro del agujero.

• Orificios más profundos que el macho, definidos sobre superficies curvas.- Se generaría un plano perpendicular a la superficie en el que se definiría el agujero a realizar utilizando la herramienta Pocket. En este caso se seleccionaría tanto la geometría del orificio como su colocación.

Es necesario apuntar que a la hora de utilizar las herramientas Hole y Pocket se preste gran atención a que el posicionado del taladrado sea preciso. A su vez, en los casos que se vayan a definir roscados (ya sea mediante el comando Hole o a través de la herramienta Thread/Tap aplicada a cilindros u orificios) se tenga en cuenta al conectar las piezas el paso de la rosca para que no existan interferencias.

Un caso que merece especial atención es el de generación de taladros roscados sobre sólidos generados a través del comando Multi-section Solid. Al tratarse de superficies curvas no puede definirse la rosca mediante el comando Thread/Tap. En los casos que se ha planteado esta situación se ha decidido no incluir el roscado e imponer una restricción que sustituya la función de la rosca. Sin embargo, resultaría bastante interesante en un futuro investigar cómo solucionar de otra manera este problema.

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

7 POSIBLES MEJORAS

Al igual que todo proyecto de ingeniería siempre está sujeto a mejoras, existen detalles que se podrían mejorar del trabajo que se presenta. En los sub-apartados anteriores ya se han recogido algunas recomendaciones que podrían aplicarse. A continuación se incluyen otras posibles ideas que podrían ayudar en dicho propósito.

Con respecto a la elección de los planos, para el modelado en CATIA se ha utilizado como base el conjunto de planos National Air and Space Museum Drawings (1986,1990) [2]. Quizás se podría haber ampliado la información comprando otros sets de planos del Flyer de 1903 y de sus componentes de la colección de los Archivos del Museo Nacional de Aire y el Espacio que fueron ejecutados en varios momentos de la vida del aeroplano como: Science Museum of London Drawings (1928,1938), Ford Drawings (1939) y/o Christman Drawings (1950). Para poder determinar si supondría alguna mejora debería compararse la información recogida en las distintas colecciones acerca de los sistemas estudiados en este proyecto.

En cuanto al modelado en CATIA del monorraíl y el sistema propulsor (hélices) del Wright Flyer I, se indicarán algunas posibles mejoras que se pueden aplicar a nivel general.

Uno de los ámbitos de mejora es el nivel de detalle de la reproducción virtual. A continuación se recogen algunas acciones que podrían aportar valor añadido al proyecto en este aspecto:

• Representación de roscas.- Desde un principio se decidió imponer los roscados con herramientas de CATIA dedicadas a ello; sin embargo, aunque se puede indicar las zonas en las que se han aplicado mediante otro color [59], estas no representan el detalle del filete de la rosca. Una posible mejora podría consistir en generar el roscado mediante el uso de una booleana que reste el material de una estructura helicoidal; de esta forma se podría visualizar el roscado. Otra forma de conseguirlo podría ser definiendo una ranura utilizando el comando slot definiendo el perfil sobre una trayectoria helicoidal.

• Representación de cordones de soldadura.- En el proyecto se han modelado sólo algunas de las soldaduras aplicadas decidiendo no incluir algunas de ellas por diversas razones. El representar el resto de cordones de soldadura podría suponer otra mejora en el modelado.

Otro ámbito que podría ser interesante estudiar es el de la elección de materiales. CATIA posee un catálogo bastante extenso, sin embargo, a la hora de utilizarlo no se han encontrado algunos materiales especificados en el plano. Para solucionarlo se ha aplicado otro material que tuviera una apariencia similar. El problema radica en que las propiedades del material utilizado no se corresponden con las del indicado en plano. Una posible mejora al proyecto puede consistir en crear un propio material definiendo las propiedades deseadas en el mismo.

Otro sector con posibilidades es el de la gestión de parámetros. Como se indicó en el sub-apartado relativo a las conclusiones del 6.3Uso del software, el haber utilizado más parámetros habría supuesto una considerable mejora. Pero no solo la introducción de nuevos parámetros es interesante, también lo es su gestión. Para el caso del uso de elementos normalizados con distintos valores de sus parámetros característicos se puede simplificar la tarea de copiar cada elemento e ir modificando manualmente cada parámetro mediante dicha gestión. Para ello se podría aplicar el módulo de Knowlegde Advisor de forma que permita asociar los parámetros generados a una tabla Excel utilizando la herramienta Design Table de la paleta de herramientas Knowledge [60]. Una vez establecida dicha tabla se podría utilizar el módulo Catalog Editor insertando dicha pieza como Part

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Posibles mejoras

Family y luego seleccionando Resolve se conseguiría guardar todas las configuraciones registradas en distintas piezas [61][62].

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

8 APLICACIONES FUTURAS

Este apartado presenta algunas posibles ideas sobre utilidades futuras del proyecto especificado en el presente informe. Primero se indicarán aquellas relativas al uso del mismo en solitario. Más tarde se analizarán aquellas aplicaciones que se puedan llevar a cabo después de que se hayan completado todos los trabajos relativos al “Estudio y Modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I”.

El presente proyecto consta de dos partes diferenciadas:

• Un estudio de la vida e inventos de los hermanos Wright, centrado en el monorraíl y el sistema propulsor (hélices) que utilizaba su primer aeroplano, el Flyer I.

• Una recreación en CATIA V5 del monorraíl utilizado para los primeros vuelos de los aviones de los hermanos Wright y del sistema propulsor (hélices) del Flyer I.

Esta división permite obtener dos ramas diferenciadas de aplicación. En primer lugar se especifican aquellas que utilizarían como base los archivos de CAD generados con CATIA V5:

• Proponer un proyecto basado en dichos archivos que pretenda implementar las recomendaciones y mejoras indicadas en los apartados 6.3, 6.4 y 7.

• Debido a que CATIA es compatible con tecnologías CAM, se podría utilizar herramientas de CAM para diseñar el plan de fabricación de las piezas modeladas.

• De modo análogo al anterior, se podrían usar herramientas de CAE con el fin de analizar y mejorar el diseño.

• Utilizar el módulo DMU Kinematics de CATIA para generar una animación que simule cómo se construía el monorraíl y la plataforma móvil portadora del aeroplano durante el despegue.

• Análogamente, utilizar dicho módulo para crear una animación que indique cómo se realizaba el montaje de los distintos elementos de sistema propulsor (hélices).

• En el modelado se han adaptado únicamente las roscas y algunos elementos a normativas europeas, por lo que se puede plantear un proyecto que convierta el resto de componentes a elementos estandarizados (SI); el fin último sería el de realizar posteriormente un modelo real de los sistemas recreados.

• Construir el modelo de monorraíl utilizado por el Wright Flyer II (primera modificación del Flyer I) a partir del reconstruido en los archivos de CAD que se disponen (diseño de catapulta).

En cuanto a las aplicaciones futuras del estudio realizado sobre los hermanos Wright y en especial del sistema propulsor (hélices) y monorraíl que utilizaban se nombran las siguientes (entre otras opciones):

• Realizar un estudio comparativo de los mecanismos utilizados durante el despegue en el contexto de la época.

125

Aplicaciones futuras

• Proponer un análisis más profundo que compare las técnicas utilizadas para el diseño de aeroplanos a principios del siglo XX.

Utilizando como referencia tanto el estudio realizado como los archivos de CAD, se plantean las siguientes utilidades futuras:

• Exposiciones en museo especializados en el sector aeronáutico.

• Realizar WORKSHOPs específicos utilizando como referencia los modelos aquí recogidos y la correspondiente información asociada.

• Base informativa para posibles aplicaciones docentes (historia de la aviación).

En cuanto a las aplicaciones futuras del conjunto completo propuesto en “Estudio y Modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I”, a las especificadas anteriormente se suma la realización de un proyecto que ensamble cada uno de los sistemas del Flyer I modelados. Una vez modelado se podrían utilizar los archivos para proceder a su fabricación y la reproducción real del avión podría donarse a museos.

126

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

ANEXO 1: LISTADO DE PLANOS

127

Anexo 1: Listado de planos

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

ANEXO 2: DEFINICIONES DE ALGUNAS CAX´S

En este anexo se recogen breves definiciones de cada una de las herramientas informáticas citadas en Tabla 5 [36].

• CAD (Computer Aided Design o Diseño Asistido por Ordenador).- A través de una interfaz gráfica el diseño crea una base de datos de entidades geométricas en dos o tres dimensiones. La base de datos asocia a cada entidad una serie de propiedades como color, estilo de línea, nombre, definición geométrica, etc., permitiendo manejar la información de forma lógica. Además pueden asociarse a las entidades o conjuntos de éstas otro tipo de propiedades como el coste, material, etc. que permiten enlazar el CAD a los sistemas de gestión y producción. De los modelos pueden obtenerse planos con cotas y anotaciones para generar la documentación técnica. El uso de sistemas gráficos interactivos permite realizar las modificaciones en el modelo y observar inmediatamente los cambios producidos en el diseño [36].

• CAM (Computer Aided Manufacturing o Fabricación asistida por Ordenador).- Se trata de sistemas informáticos que ayudan a generar los programas de control necesarios para fabricar las piezas en máquinas automatizadas (CNC). A partir de la información de la geometría de la pieza, del tipo de operación deseada, de la herramienta escogida y de las condiciones de corte definidas el sistema calcula las trayectorias de la herramienta para conseguir el mecanizado correcto, generando los correspondientes programas de control numérico con la codificación específica de la máquina donde se ejecutarán [36].

• CAD/CAM (Computer Aided Design & Manufacturing o Diseño y Fabricación asistida por Ordenador).- Se trata de combinar la información provista por el sistema CAD actuando en conjunto con el sistema CAM. Esto representa aplicar potentes herramientas computacionales que partiendo del diseño terminan en el producto final. Obviamente se aplica al diseño y confección de productos tan dispares como artefactos de uso masivo, edificios, puentes, carreteras, aviones, barcos, coches, cámaras digitales, teléfonos móviles, e inclusive ropa u obras de arte [36].

• CAE (Computer Aided Engineering o Ingeniería Asistida por Ordenador).- Este sistema es conocido también como Elaboración Virtual de Prototipos o Virtual Prototyping debido a que permite simular su comportamiento mecánico para mejorar el diseño, resolver problemas de ingeniería así como validar y optimizar los procesos y la utilización de determinadas herramientas de manufactura [36].

• CIM (Computer Integrated Manufacturing o Fabricación Integrada Asistida por Ordenador).- Este sistema se aplica a todas las funciones operacionales y de proceso de información de la fábrica, desde la recepción de pedidos, el diseño, la producción y finalmente la expedición de productos. Para conseguir este objetivo los sistemas CIM se valen de computadoras situadas en las diversas áreas relacionadas con el proceso de producción: desde la planificación de la producción, el diseño y la fabricación del producto, hasta las pruebas para asegurar la calidad del mismo [36].

• CAPP (Computer Aided Process Planning o Planificación de Procesos Asistida por Ordenador).- La Planificación de Procesos implica preparar instrucciones detalladas de las operaciones necesarias para convertir un diseño de ingeniería en un producto final. Se trata de datos de fabricación tales como la identificación de máquinas, herramientas, 129

Anexo 2: Definiciones de algunas CAx´s

utillajes, selección de parámetros de mecanizado, operaciones y requerimientos del diseño[36].

• PDM (Product Data Management o Gestión de Datos del Producto).- Se aplica este sistema computacional para el seguimiento y control de datos relacionados con un producto en particular, tales como sus especificaciones técnicas, el proceso de fabricación y los materiales que se requieren para producirlo. La gestión de datos permite así que la empresa realice un seguimiento de los datos del producto desde la creación hasta el lanzamiento del mismo [36].

• PLM (Product Lifecycle Management o Gestión del Ciclo de Vida del Producto).- Este sistema tiene como objetivo implementar una estrategia para la gestión de toda la información relacionada con el producto, desde la primera idea hasta su retirada del mercado [36].

• MRPl o MRP (Materials Requirement Planning o Planificación de Necesidades de Materiales).- Su objetivo es controlar y coordinar los materiales para que estén en el lugar preciso cuando se necesitan, sin la necesidad de tener un inventario excesivo. Éste es un sistema de planificación de la producción y de gestión de stocks que responde a las clásicas preguntas: ¿Qué?, ¿Cuánto? y ¿Cuándo? [36].

• ERP (Enterprise Resource Planning o Sistema de Planificación de Recursos Empresariales).- Es un sistema que relaciona ordenadamente todas las áreas de la empresa para contribuir a un objetivo común: agilizar, desburocratizar y contar con información al día sobre clientes, ventas, proveedores, producción, flujos económico- financieros, control de inventarios, planificación de distribución del producto, cobranzas y los respectivos movimientos contables [36].

• RP (Rapid Prototipe o Prototipado Rápido).- A partir de datos provistos por CAD, son sistemas que permiten efectuar rápidamente diversas pruebas de geometrías distintas para una pieza (Prototipos), validar la geometría definitiva y acometer la producción en serie en tiempos breves y con bajos costes de desarrollo [36].

• RE (Reverse Engineering o Ingeniería Inversa).- Son herramientas que permiten pasar de real a virtual (y viceversa). Para ello utiliza escáners 3D, dispositivos que analizan un objeto o hasta una escena para reunir datos de sus formas y ocasionalmente los colores involucrados. La información obtenida se puede usar para construir modelos digitales tridimensionales que se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo campos tan variados como la arqueología y la producción de videojuegos o simplemente el relevamiento tridimensional de una pieza mecánica [36].

• VR (Virtual Reality o Realidad Virtual).- Sistema que permite trabajar con un prototipado virtual permitiendo una mejor percepción de los modelos CAD y de los análisis CAE a través del uso de simuladores. Estas herramientas permiten la interacción entre los sentidos vista, oído y tacto del usuario mediante la utilización de salas, guantes y cascos[39].

• CAT (Computer Aided Testing o Pruebas Asistidas por Ordenador).- Aplica ordenadores para controlar ya sea técnicas de prueba analógicas o digitales con el fin de evaluar la calidad de los componentes y productos. Estos sistemas se utilizan para comprobar que

130

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

los componentes de piezas, subconjuntos y sistemas completos están dentro de las tolerancias especificadas y que rinden hasta lo previsto. Es necesario señalar que se puede requerir que la unidad o sistema funcione bajo condiciones de estrés que no se encuentran en uso normal. Los parámetros (criterios de las pruebas) de CAT a menudo se derivan de sistemas de CAD y CAM [63].

• CAT&M (Computer Aided Testing and Maintenance o Pruebas Asistidas por Ordenador y Mantenimiento).- Sistema similar al CAT pero aplicado a mantenimiento. El tipo de tareas del que se encarga están relacionadas con: vibraciones en maquinaria rotativa, arranques y paradas de máquinas, análisis de aceites y lubricantes, medida de eficiencia de motores, inspección termográfica o visual por endoscopia, análisis de imágenes por estroboscopia y videos de alta velocidad y detección ultrasónica de fugas [39].

• ECM (Environmentally Concious Manufacturing o Fabricación con Conciencia Ambiental).- Sistema cuyo objetivo es el de modificar el diseño del producto para reducir el impacto ambiental. Esta herramienta contempla tanto las reglas de diseño como la influencia de la forma y el proceso de fabricación. También tiene en cuenta el montaje y desmontaje de productos para su reutilización, manufactura, reciclaje y destrucción [39].

131

Anexo 2: Definiciones de algunas CAx´s

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

ANEXO 3: SOFTWARES DE CAD

En este anexo se recoge un listado de las herramientas informáticas utilizadas para el diseño de productos [42]. Para que resulte más cómodo se han clasificado según el tipo de función que llevarán a cabo dentro de la fase de diseño del ciclo del producto.

Tabla 39. Softwares de Sketching 2D [42]

Compañía Web Software Autodesk www.autodesk.com SketchBook Designer PTC www.ptc.com Creo Sketch

Tabla 40. Softwares de Drafting 2D [42]

Compañía Web Software Ashlar Vellum www.ashlar.com Graphite Autodesk www.autodesk.com AutoCAD IMSI/Design www.imsi.com TurboCAD Designer 18 DesignCAD TurboCAD Mac Designer 2D TurboCAD LTE TurboCAD LTE Pro IronCAD www.ironcad.com IRONCAD DRAFT PTC www.ptc.com Creo Schematics Creo Layout

Tabla 41. Softwares de renderizado y modelado 3D [42]

Compañía Web Software Alibre www.alibre.com Alibre Design Pro Alibre Design Expert Altair www.solidthinking.com SolidThinking SolidThinking Inspired Ashlar Vellum www.ashlar.com Argon Cobalt Xenon Alchemy: Essential Alchemy: Adept Autodesk www.autodesk.com Alias Design Alias Surface Alias Automotive Inventor Inventor Professional AutoDesSys www.formz.com Bonzai3d Form Z BRICSYS www.bricsys.com Bricscad Dassault www.3ds.com SolidWorks Systèmes CATIA ICEM Surf 3DVIA Composer DAZ 3D www.daz3d.com Carrara 8 Carrara 8 Pro 133

Anexo 3: Softwares de CAD

Compañía Web Software DeskArtes www.deskartes.com 3Data Expert Dimensions Expert View Expert Design Expert Render Expert Import Package Industrial Design System (IDS) Encore www.punchcad.com ViaCAD 2D Software ViaCAD 2D/3D ViaCAD Pro Shark LT Shark Shark FX Genesis www.right-toolbox.com Integral Object Designer IMSI/Design www.imsi.com TurboCAD Deluxe 18 TurboCAD Mac Deluxe 2D/3D TurboCAD Mac Pro TurboCAD Pro 18 TurboCAD Pro Platinum 18 Inivis www.inivis.com AC3D IronCAD www.ironcad.com IronCAD INOVATE Kubotek www.kubotekusa.com Key Creator Maxon www.maxon.net Cinema 4D Prime Cinema 4D Studio Moment of http://moi3d.com Inspiration Nemetschek www.vectorworks.net Vectorworks Designer Nevercentre www.nevercentre.com Silo OmniCAD http://omnicad.com PTC www.ptc.com Creo Direct Creo Parametric Radan www.radan.com Radan 3D Alphacam Robert McNeel www.rhino3d.com Rhinoceros 3D &Associates Siemens www.plm.automation.siemens.com Solid Edge NX8 Spaceclaim www.spaceclaim.com Spaceclaim Engenieer Corporation

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Tabla 42. Softwares de modelado poligonal 3D y renderizado [42]

Compañía Web Software Autodesk www.autodesk.com Mudbox 3ds Max Design Maya Softimage Pixologic ZBrush

Tabla 43. Compañía que ofrece software para modelado 3D basado en vóxel y renderizado [42]

Compañía Web 3D Coat www.3d-coat.com

Tabla 44. Softwares libres de modelado 3D [42]

Compañía Web Software Art of Illusion www.artofillusion.org Blender www.blender3d.com Dessault www.3ds.com Draft Sight Systèmes 3D Via Shape Google www.sketchup.google.com SketchUp K3D Surf http://k3dsurf.sourceforge.net PTC www.ptc.com Creo Sketch ProDESKTOP

Tabla 45. Softwares de modelado 3D hápticos [42]

Compañía Web Software Anarkik 3D www.anarkik3d.co.uk Cloud 9 Sensable www.sensable.com FreeForm ClayTools

Tabla 46. Softwares destinados a la Ingeniería Asistida por Ordenador (CAE) [42]

Compañía Web Software Autodesk www.autodesk.com Moldflow Dassault www.3ds.com SIMULIA Systèmes Next Limit www.nextlimit.com RealFlow Technologies XFlow Easy Kinematics PTC www.ptc.com Creo Simulate

135

Anexo 3: Softwares de CAD

Tabla 47. Softwares de Ingeniería inversa (RE) [42]

Compañía Web Software Geomagic www.geomagic.com Geomagic Studio Geomagic Wrap Geomagic Qualify Sycode www.sycode.com Point Cloud

Tabla 48. Softwares para conversión de archivos [42]

Compañía Web Software Ashlar Vellum www.ashlar.com Alchemy: Essential Alchemy: Adept AutoDWG www.autodwg.com Delcam www.delcam.com Echange nPower www.npowersoftware.com Power SubD-NURBS Power Rhino Okino PolyTrans Softpedia www.softpedia.com IGES STEP Converter Mesh Converter MeshtoSolid

Tabla 49. Compañía que ofrece extensiones de softwares [42]

Compañía Web Sycode www.sycode.com

Tabla 50. Software de prototipado rápido (RP) [42]

Compañía Web Software Materialise www.materialise.com Magics

Tabla 51. Software de sistemas CAD/CAM [42]

Compañía Web Software Delcam www.delcam.com Power Shape PowerMill ArtCAM FeatureCAM PartMaker CRISPIN Radan www.radan.com Alphacam

136

Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Tabla 52. Softwares para renderizado y visualización [42]

Compañía Web Software 3D Coat http://3d-coat.com ArtVPS www.artvps.com Shaderlight Pro Autodesk www.autodesk.com Showcase Turtle Bunkspeed www.bunkspeed.com Shot Move Pro Cebas Visual www.cebas.com finalRender Technology Chaos Group www.chaosgroup.com V-Ray Indigo www.indigorenderer.com Renderer Luxion www.keyshot.com Key Shot Key Shot Pro Luxology www.luxology.com Modo Maxon www.maxon.net Cinema 4D Visualize Motiva www.motivacg.com Colimo NewTek www.newtek.com Lightwave 3D Next Limit www.nextlimit.com / Maxwell Render Technologies www.maxwellrender.com NVidia http://www.nvidia-arc.com Mental Ray www.nvidia.com.uk/page/gelato NVidia Gelato Pro PiVR www.pi-vr.com VRED Essentials VRED Essentials Plus Pixar http://renderman.pixar.com RenderMan for Maya RenderMan Studio RenderMan Pro Pixologic www.pixologic.com ZBrush PTC www.ptc.com Creo View MCAD Creo View ECAD Creo Illustrate RandomControl www.randomcontrol.com Arion Fryrender Refrective www.refrectivesoftware.com Octane Render Software RenderZone www.formz.com Robert McNeel www.flamingo3d.com Flamingo3d & Associates Sitex Graphics www.sitegraphics.com Air Solid Iris www.tharender.com Thea Render Technologies SplutterFish www.splutterfish.com Brazil

137

Anexo 3: Softwares de CAD

Tabla 53. Softwares libres para renderizar [42]

Compañía Web Software 3Delight Studio www.3delight.com Pro Aqsis www.aqsis.org ArtVPS www.artvps.com Shaderlight Freestyle http://freestyle.sourceforge.net Kerkythea www.kerkythea.net LuxRender www.luxrender.net Motiva www.motivacg.com Motiva SOAP Motiva RealCamer Material Convertor NVidia www.nvidia.con.uk/page/gelato NVidia Gelato Pixie www.renderpixie.com Povray www.povray.org Yafray www.yafray.org

Tabla 54. Softwares para realizar animaciones y simulaciones [42]

Compañía Web Software Dassault www.3ds.com 3DVIA Studio Pro Systèmes Eias3D www.eias3d.com Hash www.hash.com Animation: Master Maxon www.maxon.net Cinema 4D Broadcast PMG www.projectmessiah.com Messiah Studio Basic Messiah Studio Pro Robert McNeel www.rhino3d.com Bongo3D & Associates Side Effects www.sidefx.com Houdini Escape Software Houdini Master

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

ANEXO 4: COMPAÑÍAS QUE USAN LOS SOFTWARES DE CAD MÁS POPULARES

Este anexo contiene un listado asociado a cada uno de los softwares más populares que recoge las compañías que más empleados profesionales utilizan dicho programa. Está basado en los datos recogidos en la red profesional LinkedIn (consultados por última vez el 15 de diciembre de 2015). Los programas de CAD más populares [42] analizados son: Autodesk Alias Design, Autodesk Inventor, Dassault Systèmes CATIA, Dassault Systèmes SolidWorks, PTC Creo Parametric (formerly Pro/Engineer), Robert McNeel & Associates Rhinoceros 3D, Siemens Solid Edge y Siemens NX 8.

Ilustración 128. Trabajos ofertados relacionados con Autodesk Alias Design [64]

Ilustración 129. Trabajos ofertados relacionados con Autodesk Inventor [65]

139

Anexo 4: Compañías que usan los softwares de CAD más populares

Ilustración 130. Trabajos ofertados relacionados con CATIA [66]

Ilustración 131. Trabajos ofertados relacionados con SolidWorks [67]

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

Ilustración 132. Trabajos ofertados relacionados con Creo Parametric [68]

Ilustración 133. Trabajos ofertados relacionados con Rhinoceros [69]

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Anexo 4: Compañías que usan los softwares de CAD más populares

Ilustración 134. Trabajos ofertados relacionados con Solid Edge [70]

Ilustración 135. Trabajos ofertados relacionados con NX-Unigraphics [71]

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

REFERENCIAS

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Estudio y modelado en CATIA V5 R19 del Wright Flyer I: monorraíl y sistema propulsor (hélices)

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