Estudio Y Modelado En CATIA V5 R19 Del Wright Flyer I: Monorraíl Y Sistema Propulsor (Hélices)
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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 i 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]. i 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 [2] system modeled after the set National Air and Space Museum Drawings . ii 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 iv 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] ..........................................................................