Recreación virtual y modelado del avión biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Autor: Eduardo Fernández González Tutor: Laura García Ruesgas Dpto. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 iii Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Autor: Eduardo Fernández González Tutor: Laura García Ruesgas Profesora colaboradora Dpto. de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 v Trabajo Fin de Grado: Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Autor: Eduardo Fernández González Tutor: Laura García Ruesgas El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2019 El Secretario del Tribunal vii "Ten el coraje para seguir tu corazón e intuición. Ellos de algún modo ya saben lo que realmente quieres llegar a ser" - Steve Jobs - ix Agradecimientos Se acabó. Sí, se acabó. Y no sabría decir si ‘’Por fin’’ o ‘’Por desgracia’’. Ha costado, y muchísimo. Ha habido momentos en los que quizás hasta me ha sobrepasado, en los que piensas si realmente esto es para ti. Mañanas, tardes y noches estudiando, quizás demasiado, para luego no conseguirlo. Y luego miras. Miras a tu lado y los ves, a los que te han acompañado durante estos años de estudio, agobio, risas, llantos, aprobados, y más suspensos de los esperados. Y es ahí, cuando te das cuenta que merece la pena seguir, que puedes con esto, y que estás hecho para esto. Os tengo que dar las gracias. Sí, a ustedes. Al que llegó el primer día de clase y se sentó a mi lado presentándose como si nada sin saber que sería el cordobés al que más he querido y querré nunca. Al que casi me lo quita Cádiz, y ha terminado siendo el mejor compañero de piso y de vida que he podido encontrar. Al que llegó el último a la clase y no por ello ha sido menos importante, y con el que he acabado compartiendo nada más y nada menos que un Erasmus. A los que fueron apareciendo a lo largo de los años y solo he podido arrepentirme de no haberlos conocido antes. Con los que tengo mil y una anécdotas que contar. Sois grandes, muy grandes. Y os quiero a reventar. Y como no. Mi familia. Como voy a olvidar a mis padres. Los que con tanto esfuerzo han conseguido que hoy pueda decir que soy Ingeniero Aeroespacial. Los que nunca se rindieron, los que me han soportado y sustentado en los malos momentos. Los que han celebrado como suyas mis victorias durante estos años. Sé que no podré agradeceros en cien vidas lo que habéis hecho por mí y que probablemente no haya pasado el tiempo que merecéis que pase con vosotros, pero juro que os intentaré hacer todo lo felices que os merecéis ser. Se cierra una etapa, pero se abren mil puertas. Solo espero que se sigan cumpliendo mis sueños como hasta ahora, y que a mi lado siempre tenga a gente como vosotros. Eduardo Fernández González Sevilla, 2019 Í NDICE DE F IGURAS Figura 2-1. Documento escrito a mano con información del fuselaje 3 Figura 2-2. Aeronave en diferentes configuraciones 4 Figura 3-1. Foto de Ansaldo SVA 5 de la época 5 Figura 3-2. 87ª Squadriglia La Serenissima al lado del SVA 5 6 Figura 3-3. D’Annunzio antes del vuelo en formación de Viena 6 Figura 3-4. Ansaldo SVA 5 expuesto en el Museo Storico dell’Aeronautica Militare de Vigna di Valle 7 Figura 0-1. Perfil con la posición de las cuadernas y la distancia entre ellas 10 Figura 0-2. Numeración de las cuadernas 10 Figura 0-3. Vista frontal de las secciones. 11 Figura 0-4. Plano de costillas 12 en comparación con la costilla diseñada en Catia 12 Figura 0-5. Sketch de la estructura principal de la cuaderna 12 12 Figura 0-6. Redondeo de esquinas interiores en cuaderna 12 13 Figura 0-7. Cuaderna 12 tras realizar la orden Pad y el redondeo de las esquinas interiores. 13 Figura 0-8. Plano del refuerzo superior de la cuaderna 12 y modelo del mismo en Catia 14 Figura 0-9. Sketch del refuerzo superior de la cuaderna 12 14 Figura 0-10. Taladros centrales del refuerzo superior de la cuaderna 12 14 Figura 0-11. Orden Rectangular Pattern en taladros centrales del refuerzo superior de la costilla 12 15 Figura 0-12. Taladros de menor diámetro sobre el refuerzo de la costilla 12. 15 Figura 0-13. Taladros sobre la superficie de la cuaderna para el refuerzo superior 16 Figura 0-14. Refuerzo superior colocado sobre cuaderna 12 16 Figura 0-15. Refuerzo inferior de la costillas 12 17 Figura 0-16. Taladros inferiores sobre la cuaderna 12 para el refuerzo inferior 17 Figura 0-17. Tornillería DIN-84 utilizada 18 Figura 0-18. Modelo en Catia de tornillo de M3 DIN-84 con Thread aplicado 18 Figura 0-19. Tornillos posicionados en refuerzo superior. 19 Figura 0-20. Conjunto final cuaderna 12 19 Figura 0-21. Plano de la octava cuaderna y modelo de ésta en Catia 20 Figura 0-22. Sketch de la cuaderna 8 20 Figura 0-23. Plano de la cuaderna número 3 y modelo de la misma en Catia 21 Figura 0-24. Sketch de la cuaderna nº3 21 Figura 0-25. Sketch de la cuaderna y modelo en Catia 22 Figura 0-26. Sketch de la cuaderna nº 2 y modelo en Catia 23 Figura 0-27. Sketch de la cuaderna nº 4 y modelo en Catia 23 Figura 0-28. Sketch de la cuaderna nº 5 y modelado en Catia 24 xvii Figura 0-29. Sketch de la cuaderna nº 6 24 Figura 0-30. Modelado en Catia de la cuaderna nº 6 25 Figura 0-31. Sketch de la cuaderna nº 7 y modelado en Catia 25 Figura 0-32. Sketch y modelo en Catia de la cuaderna nº 9 26 Figura 0-33. Sketch y modelo en Catia de la cuaderna nº 11 27 Figura 0-34. Cuaderna nº 11 con refuerzos y tornillos 27 Figura 0-35. Sketch de la cuaderna nº 14 y modelo en Catia con refuerzos 28 Figura 0-36. Sketch de la cuaderna nº 15 y modelo de la misma en Catia 28 Figura 0-37. Sketch de la cuaderna nº17 y modelo en Catia de la misma 29 Figura 0-38. Constraint de Offset entre cuadernas 11 y 12. 29 Figura 0-39. Posicionamiento de las cuadernas 30 Figura 0-40. Larguero horizontal creado mediante Multi-Sections Solid 30 Figura 0-41. Larguero diagonal creado mediante Multi-Sections Solid 31 Figura 0-42. Perfil lateral de la estructura principal del fuselaje 31 Figura 0-43. Estructura principal del fuselaje 32 Figura 0-44. Multi-Sections Surface en la parte delantera del avión. 32 Figura 0-45. Cubierta del fuselaje sin espesor 33 Figura 0-46. Cubierta del fuselaje completo tras aplicarle un espesor de 6mm 33 Figura 0-47. Carcasa del motor real 34 Figura 0-48. Carcasa del motor modelada en Catia 34 Figura 0-49. Planos de ala alta y ala baja. 35 Figura 0-50. Plano del perfil de ala 35 Figura 0-51. Introducción de las coordenadas en el EXCEL “GSD_PointSplineLoftFromExcel”. 36 Figura 0-52. Contorno del perfil alar en Catia 36 Figura 0-53. Costillas del Ala alta 37 Figura 0-54. Larguero de borde de salida. 37 Figura 0-55. Perfiles de ala alta unidos mediante largueros 38 Figura 0-56.Recubrimiento del ala 38 Figura 0-57. Ala alta con recubrimiento y Pockets realizados. 39 Figura 0-58. Modelo definitivo del ala alta 39 Figura 0-59. Funcionamiento de los alerones en un avión 40 Figura 0-60. Sketch con la forma del alerón. 40 Figura 0-61. Orden Scale para crear el perfil del extremo del alerón. 41 Figura 0-62. Costillas posicionadas del alerón del ala alta 41 Figura 0-63. Costillas y largueros del alerón del ala alta. 42 Figura 0-64. Alerón ala alta con recubrimiento 42 Figura 0-65. Ala alta completa. 43 Figura 0-66. Unión entre alerón y ala alta. 43 Figura 0-67. Ala baja con la inclinación indicada. 44 Figura 0-68. Multi-Sections Surface con perfiles intermedios creados con Intersection 45 Figura 0-69. Estructura interna del ala baja con costillas y largueros 45 Figura 0-70. Ala baja con recubrimiento y Pocket realizado 46 Figura 0-71. Posición del ala baja respecto al ala alta 46 Figura 0-72. Sketch de las barras de unión. 47 Figura 0-73. Orden Cylinder aplicada al Sketch de las barras 47 Figura 0-74. Thick Surface interior a las barras de unión entre alas 48 Figura 0-75. Sketch de alambres entre alas 48 Figura 0-76. Unión metálica de barras con fuselaje 49 Figura 0-77. Pad de unión metálica de barras con fuselaje 49 Figura 0-78. Edge Fillet aplicado a la unión metálica de barras con fuselaje 49 Figura 0-79. Conjunto alar posicionado respecto al fuselaje. 50 Figura 0-80. Diferentes tipos de cola 51 Figura 0-81. Empenaje de cola de Ansaldo SVA 5 y su modelado en Catia. 51 Figura 0-82. Dimensiones del estabilizador horizontal. 52 Figura 0-83. Costillas del estabilizador horizontal. 52 Figura 0-84. Estructura del estabilizador horizontal tras crear los largueros 53 Figura 0-85. Recubrimiento de estabilizador horizontal 53 Figura 0-86. Modelo del estabilizador horizontal en CATIA 54 Figura 0-87. Planos del estabilizador vertical. 54 Figura 0-88. Sketch del timón de profundidad 55 Figura 0-89. Orden Sweep para la creación de estructura de timón de dirección 55 Figura 0-90. Estructura tubular del timón de dirección 56 Figura 0-91. Timón de profundidad modelado en CATIA 56 Figura 0-92. Estructura tubular de la aleta dorsal 57 Figura 0-93. Aleta dorsal modelada en CATIA 57 Figura 0-94. Empenaje colocado respecto al fuselaje 58 Figura 0-95. Apoyo cola real frente al modelado 58 Figura 0-96. Multi-Sections Solid para la creación de la estructura del apoyo de cola. 59 Figura 0-97. Diseño del apoyo de cola 59 Figura 0-98. Orden Pocket aplicada al apoyo de cola 60 Figura 0-99. Modelo del Apoyo de cola en CATIA 60 Figura 0-100. Hélice real y modelo en CATIA 61 Figura 0-101. Planos de la hélice del avión 61 Figura 0-102. Multi-Sections con Coupling para la creación de la hélice 62 Figura 0-103. Modelo de hélice en CATIA 62 Figura 0-104. Eje y placa de unión a la hélice real y modelo en CATIA 63 Figura 0-105. Chamfer al cilindro del eje 63 Figura 0-106. Pocket a placa de unión con hélice 64 xix Figura 0-107. Eje de la hélice 64 Figura 0-108. Modelo en CATIA de tornillo de la placa del eje 65 Figura 0-109. Eje unido a la hélice 65 Figura 0-110. Carcasa de hélice en el avión real y modelo en CATIA 66 Figura 0-111. Pocket a rejilla de la carcasa de la hélice 66 Figura 0-112. Pad de la carcasa de la hélice 67 Figura 0-113. Modelo en CATIA de la carcasa de la hélice 67 Figura 0-114. Posicionamiento del conjunto hélice en el fuselaje. 68 Figura 0-115. Tren de aterrizaje real del avión y modelo en CATIA 68 Figura 0-116. Planos del tren de aterrizaje 69 Figura 0-117. Multi-Sections Solid para crear la llanta de la rueda 69 Figura 0-118. Rib para crear las barras de unión del tren de aterrizaje con el fuselaje 70 Figura 0-119. Tren de aterrizaje colocado en el fuselaje 70 Figura 0-120. Planos del asiento del piloto 71 Figura 0-121. Pad con la forma del asiento 71 Figura 0-122. Pocket al asiento 72 Figura 0-123. Modelo del asiento en CATIA 72 Figura 0-124. Barras de unión entre el asiento y el suelo 73 Figura 0-125. Rib para crear agarre del volante 73 Figura 0-126. Volante modelado en CATIA 74 Figura 0-127. Unión entre volante y fuselaje modelado en CATIA 74 Figura 0-128. Tornillo Allen DIN-912 y modelado en CATIA 75 Figura 0-129. Conjunto volante modelado en CATIA 75 Figura 4-1. Foto real del Ansaldo SVA 5 76 Figura 4-2. Recreación virtual del Ansaldo SVA 5 en blanco y negro 76 Figura 4-3. Foto real de Ansaldo SVA 5 en museo 77 Figura 4-4. Recreación virtual Ansaldo SVA 5 en museo 77 Figura 4-5. Recreación virtual SVA 5 en vuelo 78 1 1 I NTRODUCCIÓN n este proyecto, realizaré la Recreación Virtual y Modelado del avión Ansaldo SVA 5 mediante el software Catia V5 R19, como Trabajo de Fin de Grado de Ingeniería Aeroespacial. Este proyecto puede considerarse una recuperación del patrimonio histórico aeronáutico debido a que solo existen planos físicos de este, algunos muy desgastados, y no es posible encontrar un modelo virtual accesible de esta aeronave. 1.1 Objetivos y motivación del Proyecto Como hemos mencionado anteriormente, el principal objetivo de este proyecto es generar mediante CATIA un modelo 3D del avión Ansaldo SVA 5, que fue utilizado, entre otras cosas, para misiones de reconocimiento durante la Primera Guerra Mundial. La realización al detalle del modelo con todas las partes del avión es prácticamente inabarcable para una persona con el tiempo del que se dispone para el Trabajo Fin de Grado, por lo que, tras consensuarlo con la tutora, se suprimirá el modelado de algunas partes de la aeronave. El trabajo se dividirá en varios apartados, cada uno de los cuales contendrá el modelado y ensamblaje de cada una de las partes en las que puede dividirse de manera lógica el avión en cuestión. El modelado será detallado, aunque debido a la dificultad y exigencia de modelar una aeronave se obviarán algunas partes del avión. En él se incluirán elementos de la estructura de este avión tales como las costillas, fuselaje, alas, tren de aterrizaje, timón de dirección, timón de profundidad y cabina. No se realizará la reconstrucción del grupo motor ni de los sistemas mecánicos existentes en este aeroplano. También se tiene que tener en cuenta que en algunos casos deberemos hacer suposiciones debido a la falta de información. Una de las principales motivaciones ha sido la de desenvolverme con mucha mayor soltura en el software CATIA, el cual es uno de los más usados en el mundo empresarial aeronáutico. Además se está proporcionando una vista real y detallada por ordenador de un avión del que solo quedan réplicas en contados museos y solo hay planos físicos, haciéndolo accesible para muchas personas debido a la difusión actual de Internet. 1.2 Información sobre el software Catia V5 R19 El software que utilizaremos para realizar el modelado del avión será Catia V5 R19, con el cual podemos diseñar, analizar e incluso mecanizar cualquier producto. Catia fue desarrollado por la empresa Dassault Systèmes a principios de los años ochenta. Esta empresa, que nace como escisión de Dassault Aviation el mismo año del lanzamiento del software, tiene a Catia como la marca insignia de la empresa. Tras varios años de afianzamiento, logró convertirse en el programa de diseño más utilizado por las grandes empresas aeronáuticas como Boeing y Airbus. Aunque en un principio fue desarrollado para servir a la industria aeronáutica, también es utilizado por empresas del automovilismo, como BMW, Porsche, el grupo Volkswagen o Peugeot. E Introducción 2 Desde su creación hasta nuestros días, Catia ha sido modificada enormemente introduciendo una mejor interfaz y multitud de módulos mediante diferentes versiones. En la actualidad, la más utilizada es la quinta versión de este software, la cual es con la que trabajaremos. Los módulos que usaremos principalmente serán: • Sketch : Es la parte básica a la hora de comenzar cualquier diseño. En él se puede crear una serie de curvas y rectas en 2D que forman un perfil plano, a la vez que se imponen unas restricciones y cotas para que quede definido el dibujo. • Part Design : Está dedicado a la creación de modelos sólidos a partir de un sketch con diferentes herramientas como la extrusión. • Surface Design : Con él se pueden crear superficies a partir de un sketch o con elementos alámbricos generados en el espacio. • Assembly : En este módulo se podrá ensamblar y unir las diferentes piezas o partes creadas en el Part Design. 3 2 D OCUMENTACIÓN l punto de partida de este proyecto está en mi propuesta a la profesora Laura García Ruesgas para realizar el Trabajo Fin de Grado con ella como tutora, ya que estaba interesado en realizar un proyecto en el cual se utilizara y se profundizara en el software Catia. Tras varias reuniones, decidimos que lo mejor sería la recreación mediante este software de un avión. Este año último año he estado cursándolo en Italia, en la ciudad de Nápoles. Por ello, me pareció interesante realizar el proyecto sobre algún avión italiano que se fabricara en el primer cuarto del siglo XX. Al principio me planteé comprar por internet algún DVD con los planos de un avión de este tipo, pero tras buscar los museos de aeronáutica existentes en este país, envié varias solicitudes de información sobre aviones de estas características a los siguientes: Museo Storico dell'Aeronautica Militare di Vigna di Valle, Museo dell’Aeronautica Gianni Caproni di Trento e Museo dell'Aviazione di Rimini. Tras intentar contactar con todos ellos, del único que obtuve respuesta es del Museo Storico dell'Aeronautica Militare. En su contestación me citaban un avión del que tenían información en su Centro di Documentazione “Umberto Nobile”: el Ansaldo SVA 5. Después de comprobar que cumplía con los requisitos, me dispuse a viajar a Roma para visitar el museo y recabar la información necesaria yo mismo. Allí fui recibido por el Capo Luciano De Luca, con el que realicé una visita guiada por el museo, donde pude ver y observar el avión en cuestión, y me proporcionó los archivos donde podían encontrarse documentos de relevancia para mi proyecto. Entre los documentos se encuentran planos realizados a mano por el ingeniero Rodolfo Verduzio, así como documentos referidos a los diferentes procesos de verificación del proyecto del avión y a las modificaciones que se hicieron a lo largo del desarrollo de este para salvar los diferentes problemas. Éstos lógicamente, han sufrido el desgaste del tiempo, pero aun así no es difícil intuir las cotas. Figura 2-1. Documento escrito a mano con información del fuselaje En los planos se obtiene información detallada de prácticamente todo el avión, aunque solo quedan bien acotadas tres costillas principales, de las demás tenemos su posición y las medidas respecto a las mencionadas costillas principales, teniendo que realizar mediciones basadas en ellas. E Documentación 4 Hay pocos planos de conjuntos individualizados, por lo que los principales planos con los que trabajaremos tienen ya el ensamblaje completo de todas las partes y conjuntos del avión. Figura 2-2. Aeronave en diferentes configuraciones 5 3 H ISTORIA DEL A NSALDO SVA odo comienza en 1916, cuando la Direzione Tecnica dell’Aviazione Militare (DTAM) italiana, comenzó el desarrollo de un nuevo avión de caza, que estaría diseñado por primera vez, teniendo en cuenta estudios de aerodinámica y de estructura. Se les encargó el proyecto a los ingenieros Umberto Savoia y Rodolfo Verduzzio, los cuales lo terminaron a finales de 1916. El Ministerio de Guerra encargó su construcción a la Società Anonima Aeronautica Ansaldo, nueva filial del conglomerado FIAT, tras la compra, del hasta ese momento Astillero Naval Gio. Ansaldo & C. Con las iniciales de sus diseñadores y fábrica constructora, se formó el nombre del nuevo avión: SVA (Savoia, Verduzzio, Ansaldo). El SVA fue uno de los primeros aviones de concepción y construcción completamente italianos. La construcción del primer prototipo se inició en diciembre de 1916, terminando en marzo del año siguiente, aunque con algunas modificaciones a los planos originales, en especial en el fuselaje y en los dos radiadores para la refrigeración del motor, que originalmente se ubicaban entre el ala superior y el fuselaje, y fueron sustituidos por el único radiador tipo automóvil que caracteriza al SVA. Tras la construcción de otros prototipos, comenzó un intenso período de pruebas a cargo de pilotos militares, donde quedó demostrado que el SVA, aunque más rápido que otros cazas contemporáneos como el Hanriot HD-1 y el Spad VII, no tenía la capacidad de maniobra necesaria para utilizarlo como avión de combate. Sin embargo, su alcance, techo operacional y su impresionante velocidad (una de las más rápidas en esos momentos, mayor a la de todos los aviones de combate de los Aliados en la Primera Guerra Mundial) les hizo replantearse su función a la DTAM italiana, que decidió utilizarlo como avión de reconocimiento y bombardero ligero. Para ello, al modelo original se le introdujeron distintas modificaciones que dieron origen a las distintas versiones de producción del SVA. El modelo SVA 5 (el que modelaremos) fue el primero en ser utilizado como bombardero. Figura 3-1. Foto de Ansaldo SVA 5 de la época T Modelado del avión en CATIA V5 R19 12 12 4.1.2 Diseño de las cuadernas En este apartado nos centraremos en el modelado de las cuadernas individuales. 4.1.2.1 Cuaderna 12 Comenzaremos por la cuaderna número 12, que se describe detalladamente en uno de nuestros planos. Figura 4-4. Plano de costillas 12 en comparación con la costilla diseñada en Catia Como podemos observar esta cuaderna tendrá una parte principal rectangular reforzada por unos listones diagonales en forma de cruz y una parte superior redondeada que da forma al espacio donde irá alojado el motor. También se puede comprobar que dispone de dos refuerzos metálicos en la parte central y en la parte baja. La calidad de los planos no es la óptima, pero se pueden distinguir las medidas principales. Comenzaremos dibujando en un sketch la estructura principal, para luego añadirle los listones de refuerzos diagonales y el horizontal, así como la parte superior redondeada: Figura 4-5. Sketch de la estructura principal de la cuaderna 12 Tras dibujar los sketchs, le dotamos de un espesor y un ancho mediante la orden Pad. Los espesores de los listones de madera que forman la figura son todos de 30 mm y éstos se consideran cuadrados. 13 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. A este resultado le realizaremos el redondeo correspondiente en las esquinas de los refuerzos, con un radio de 10mm, utilizando la orden Edge Fillet: Figura 4-6. Redondeo de esquinas interiores en cuaderna 12 Obteniendo finalmente el siguiente perfil: Figura 4-7. Cuaderna 12 tras realizar la orden Pad y el redondeo de las esquinas interiores. Modelado del avión en CATIA V5 R19 14 14 4.1.2.1.1 Refuerzo superior El refuerzo superior podemos deducir que es metálico y según el plano del que disponemos tendrá la siguiente forma: Figura 4-8. Plano del refuerzo superior de la cuaderna 12 y modelo del mismo en Catia Para crear este refuerzo, primero realizamos el sketch correspondiente al que le daremos un espesor de 5mm: Figura 4-9. Sketch del refuerzo superior de la cuaderna 12 Tras esto le realizaremos los taladros en la parte central utilizando la función Hole con un radio de 6mm y un ensanchamiento en la parte superior de 4mm más, en el cual irá alojado la cabeza del tornillo, cambiando en el apartado Type de ‘Simple’ a ‘Counterbored’: Figura 4-10. Taladros centrales del refuerzo superior de la cuaderna 12 15 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Después de esta operación, realizaremos los demás taladros con la operación Rectangular Pattern, dándoles un espaciado entre ellos de 80mm: Figura 4-11. Orden Rectangular Pattern en taladros centrales del refuerzo superior de la costilla 12 Por último realizaremos con las órdenes Hole y Mirror los taladros de menor diámetro, el cual tiene un valor de 3 mm. Figura 4-12. Taladros de menor diámetro sobre el refuerzo de la costilla 12. Este refuerzo irá unido a nuestra cuaderna mediante tornillos, por lo que es necesario realizar los taladros también en ésta. Los taladros estarán posicionados de tal forma que coincidan con los del refuerzo cuando éste se coloque sobre la cuaderna. Modelado del avión en CATIA V5 R19 16 16 Por tanto, tendrán una profundidad de 15mm y un diámetro de 8mm. Figura 4-13. Taladros sobre la superficie de la cuaderna para el refuerzo superior Tras colocar el refuerzo sobre nuestra cuaderna se tiene el siguiente resultado: Figura 4-14. Refuerzo superior colocado sobre cuaderna 12 17 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. 4.1.2.1.2 Refuerzo inferior El refuerzo inferior es una simple lámina rectangular con varios taladros equiespaciados, por lo que su diseño será más sencillo que el del refuerzo superior. Su longitud será de 15 mm menos a cada lado que la del listón de madera horizontal inferior que forma el rectángulo principal de la cuaderna (ya que se debe dejar un espacio para encajar los largueros posteriormente) y su ancho será el mismo que el de éste. El espesor lo volveremos a tomar de 5mm. Este refuerzo tiene una serie de taladros que también tendrán un diámetro de 6mm, con el mismo ensanchamiento que en el refuerzo superior. Tras realizar el sketch y darle espesor con la orden Pad, obtenemos los taladros con el comando Hole seguido de la función Rectangular Pattern como anteriormente. En este caso el espaciado que damos entre un taladro y otro será de 50mm, habiendo un total de 15. Figura 4-15. Refuerzo inferior de la costillas 12 Para poder ensamblar este refuerzo con nuestra cuaderna deberemos, de nuevo, hacer los taladros correspondientes. Figura 4-16. Taladros inferiores sobre la cuaderna 12 para el refuerzo inferior Modelado del avión en CATIA V5 R19 18 18 4.1.2.1.3 Tornillería utilizada Para unir estos refuerzos metálicos a las cuadernas de madera utilizaremos tornillos convencionales. Los tornillos utilizados serán del tipo DIN-84, de M3 y de M6, y se detallan a continuación: Figura 4-17. Tornillería DIN-84 utilizada En Catia, haremos un Pad cilíndrico a partir de un círculo con el diámetro correspondiente, y tras ello, le daremos un roscado con la función Thread/Tap. Para la cabeza del tornillo haremos un nuevo Pad cilíndrico sobre el que teníamos hecho del diámetro que se indica en la tabla de la Figura 4-17 y un Pocket con el que se creará la ranura: Figura 4-18. Modelo en Catia de tornillo de M3 DIN-84 con Thread aplicado 19 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Figura 4-19. Tornillos posicionados en refuerzo superior. Finalmente, el conjunto completo de cuaderna y refuerzos queda de la siguiente forma: Figura 4-20. Conjunto final cuaderna 12 Modelado del avión en CATIA V5 R19 20 20 4.1.2.2 Cuaderna 8 Otra de las cuadernas de las que disponemos cotas en detalle es la cuaderna nº 8. Esta cuaderna se sitúa detrás del asiento del piloto y se compone de una parte principal trapezoidal y un arco redondeado en la zona superior. En esta cuaderna el espesor de los listones es de 15mm, a diferencia de las cuadernas de la parte delantera que tienen el doble debido a que tienen que soportar el peso del motor. Figura 4-21. Plano de la octava cuaderna y modelo de ésta en Catia El sketch con las medidas correspondientes es el siguiente: Figura 4-22. Sketch de la cuaderna 8 21 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. A este sketch le realizamos un Pad de 15mm con un espesor de 15mm, para obtener la Figura 4-18 mostrada anteriormente. 4.1.2.3 Cuaderna 3 La cuaderna nº 3 es la última de la que tenemos medidas exactas y un esquema detallado. Esta cuaderna, al pertenecer a la parte trasera de la aeronave también tendrá forma trapezoidal y un espesor de listones de 15mm. En este caso, cuenta con un listón horizontal de refuerzo en la parte central con una longitud de 160mm. Figura 4-23. Plano de la cuaderna número 3 y modelo de la misma en Catia Para realizar este perfil seguimos el mismo procedimiento utilizado anteriormente: dibujar un Sketch y luego darle un grosor con la orden Pad. Figura 4-24. Sketch de la cuaderna nº3 Modelado del avión en CATIA V5 R19 28 28 4.1.2.12 Cuaderna 14 La cuaderna 14 se modelará igual que la anterior y que la nº 12 y por tanto, no nos centraremos en su diseño. Se muestran a continuación las medidas con las que se ha diseñado y el modelo final en Catia, incluidos los refuerzos y tornillos, que vuelven a ser de la misma métrica: Figura 4-35. Sketch de la cuaderna nº 14 y modelo en Catia con refuerzos 4.1.2.13 Cuaderna 15 Estructuralmente, es muy parecida a las que le preceden, ya que posee dos listones diagonales de refuerzo y otro horizontal, pero en este caso no tendrá refuerzos metálicos. De nuevo se muestra tanto el Sketch como el resultado final tras aplicarle el ancho y espesor de 30mm: Figura 4-36. Sketch de la cuaderna nº 15 y modelo de la misma en Catia 29 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. 4.1.2.14 Cuaderna 17 Esta es la última cuaderna que hemos diseñado y es la que va unida directamente al morro del avión en el cuál se encuentra la hélice. Hemos supuesto que no tendrá refuerzos diagonales, ya que las solicitaciones que soporta la estructura son menores. Figura 4-37. Sketch de la cuaderna nº17 y modelo en Catia de la misma 4.1.3 Posicionamiento de las cuadernas La distancia entre cuadernas se puede apreciar en la Figura 4-1, en la que también puede observarse la inclinación de la cuaderna nº 9 que aloja el asiento del piloto. Esta inclinación, tras realizar varias mediciones, se ha calculado que es de 7º. Las cuadernas se han diseñado de tal forma, que solo hay que posicionarlas con la distancia correspondiente entre los planos X-Y mediante Offset, haciendo coincidentes los otros dos planos entre ellos (planos X-Z e Y-Z) con la Constraint llamada Coincidence. La cuaderna que se hará fija y respecto a la cual se colocarán las demás es la cuaderna 12. Figura 4-38. Constraint de Offset entre cuadernas 11 y 12. Modelado del avión en CATIA V5 R19 30 30 Figura 4-39. Posicionamiento de las cuadernas 4.1.4 Unión de las cuadernas mediante largueros horizontales y diagonales Tras posicionar las cuadernas procederemos a la creación de los largueros que darán forma a la estructura principal. Se dividen en largueros horizontales y largueros diagonales, y su posicionamiento viene detallado en la Figura 4-1. Los largueros horizontales son cuatro, y unen todas las cuadernas entre sí. En cambio, los largueros diagonales, unen las cuadernas una a una y habrá un total de 24 listones. La forma del perfil de estos largueros será cuadrada. El procedimiento será crear Sketch de cuadrados de 30x30mm en las esquinas de los perfiles rectangulares y trapezoidales de las cuadernas y con la orden Multi-Sections Solid dar forma a los largueros seleccionando los Sketch de cada cuaderna. Figura 4-40. Larguero horizontal creado mediante Multi-Sections Solid 31 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Los largueros diagonales se modelarán de la misma forma, aunque los perfiles cuadrados de la zona trasera se reducirán a 15x15mm. Entre las cuadernas 1, 2 y 3 no habrá este tipo de largueros. Y entre la cuaderna 12 y 14 habrá doble-larguero en forma de cruz, ya que deberán soportar mayor carga debido a que en esta zona se encuentran el centro de gravedad del motor. Figura 4-41. Larguero diagonal creado mediante Multi-Sections Solid Al finalizar el modelado de todos los largueros, queda definida la estructura principal del fuselaje, la cual le dará la forma a este. El resultado que se obtiene se muestra a continuación en dos vistas distintas, una del perfil lateral y otra desde un ángulo en el que se aprecian todos los largueros y cuadernas construidos: Figura 4-42. Perfil lateral de la estructura principal del fuselaje Modelado del avión en CATIA V5 R19 32 32 Figura 4-43. Estructura principal del fuselaje 4.1.5 Cubierta del fuselaje La cubierta se creará en el modulo de Generative Shape Design a partir de superficies. Estas superficies se generarán con la orden Multi-Sections Surface, tomando como referencias la silueta extraída del borde exterior de cada una mediante el comando Multiple Extract y guiándolo mediante Coupling. Figura 4-44. Multi-Sections Surface en la parte delantera del avión. 33 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Tras crear las superficies, le daremos un espesor de 6mm a cada una con la orden Thickness. Figura 4-45. Cubierta del fuselaje sin espesor Figura 4-46. Cubierta del fuselaje completo tras aplicarle un espesor de 6mm Modelado del avión en CATIA V5 R19 34 34 4.1.5.1 Cubierta del motor La cubierta del motor tendrá varios tubos de escape de gases, así como orificios cuya misión es dejar escapar el calor creado por este mientras está en funcionamiento. Los tubos de escape se modelarán mediante la orden Pad aplicada a una circunferencia de diámetro 50mm, con un Thickness interior de 3mm. A este sólido le haremos un Pocket triangular en el extremo final para que tenga la forma deseada. Tras ello, realizamos un Rectangular Pattern para obtener los demás. Los respiraderos se los haremos igualmente con la orden Pocket tras dibujar un Sketch de forma triangular sobre la superficie de la carcasa en las zonas en las que se aprecian en la foto, con una distancia entre ellos de 100mm. Figura 4-47. Carcasa del motor real Figura 4-48. Carcasa del motor modelada en Catia 35 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. 4.2 Conjunto alas El ala es el elemento esencial para que el avión pueda volar ya que son las encargadas de crear sustentación, debido a la cual el avión puede vencer al peso creado por la gravedad y así hacer que se eleve. En este caso, el avión dispone de una configuración de doble ala, también llamado biplano. Esta configuración es típica en el diseño de los primeros aviones y fue la más utilizada en las aeronaves que operaron en la Primera Guerra Mundial, aunque años después se demostraría que eran poco eficientes y se dejaron paulatinamente de usar y fabricar. Los planos que poseemos con las medidas tanto del ala alta como del ala baja vienen con el suficiente detalle como para poder modelarla sin apenas realizar suposiciones. A continuación se muestran estos: Figura 4-49. Planos de ala alta y ala baja. 4.2.1 Ala alta Lo primero que debemos hacer para modelar el ala es encontrar el perfil de las costillas de estas, ya que le darán la forma aerodinámica adecuada para que cumpla con la función de crear sustentación. Figura 4-50. Plano del perfil de ala Modelado del avión en CATIA V5 R19 36 36 El método que se sigue para crear el perfil es: 1º) Nos dirigimos al directorio en el que se encuentra la carpeta con el programa instalado, y ahí tras clicar primero en la carpeta intel_a y después code, nos metemos en command y copiamos el archivo tipo EXCEL llamado “GSD_PointSplineLoftFromExcel”. 2º) Abrimos el archivo y pondremos las coordenadas de nuestro perfil de la siguiente forma: Figura 4-51. Introducción de las coordenadas en el EXCEL “GSD_PointSplineLoftFromExcel”. 3º) Nos dirigimos a la pestaña Vista y pulsamos Macros y dentro de ella a Ver Macros. Tras esto, elegimos la opción Feuil1.Main y Ejecutamos. Nos dan varias opciones, y en este caso hemos optado por crear Puntos y Spline pulsando el número 2. El perfil se genera en Catia de la siguiente forma: Figura 4-52. Contorno del perfil alar en Catia 37 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. A este perfil le realizaremos un Pad de 20mm aplicándole Mirrored Extent y tras ello un Rectangular Pattern tanto a un lado como al otro de 19 copias a una distancia de 222,63 mm entre ellas. Figura 4-53. Costillas del Ala alta Para unir estas costillas utilizaremos dos largueros horizontales que recorrerán toda la estructura y le darán consistencia: uno cerca del borde de ataque y uno prácticamente en el borde de salida. En la figura 4-54 se puede observar la forma y las medidas que se le han dado al perfil del larguero. Previamente se ha hecho un Pocket con las mismas medidas en las costillas del ala. Figura 4-54. Larguero de borde de salida. Modelado del avión en CATIA V5 R19 44 44 4.2.2 Ala baja El ala baja tiene el mismo perfil que el ala alta, y por tanto, nos sirven las medidas que se muestran en la Figura 4-50 y el método por el cual se obtiene el perfil en Catia. Figura 4-67. Ala baja con la inclinación indicada. Esta ala, sin embargo, se diferencia del ala alta en que tiene una pequeña inclinación de 3º, y por tanto el perfil alar del extremo estará posicionado más arriba que el perfil central del que se parte. Para ello, crearemos otro Sketch a una distancia de 3554 mm subiendo cada punto del perfil 186 mm tras realizar los cálculos mediante un triángulo rectángulo: Con estos Sketch realizamos un Multi-Sections Surface y lo intersectamos por 12 planos intermedios a una distancia entre ellos de 273’4 mm creando la silueta de todos los perfiles del ala baja, a los que posteriormente se les dará un espesor de 20 mm con la orden Pad. 3554 mm 3º 186 mm 45 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Figura 4-68. Multi-Sections Surface con perfiles intermedios creados con Intersection A estas costillas se le hará un Mirror respecto al plano X-Z para crear las del otro semiala. La costilla del extremo estará en una posición inclinada, al igual que en el caso del ala alta, por lo que proyectaremos el Sketch de la última costilla en un plano que posee la misma inclinación que el extremo del ala mediante la orden Project 3-D Elements dentro de un nuevo Sketch. A esta nueva costilla le damos el mismo espesor de 20 mm que a las demás con un Pad. El siguiente paso será crear los largueros, los cuales se vuelven a hacer con la orden Multi-Sections Solid entre dos Sketch rectangulares que se encontrarán en la costilla central y en la costilla del extremo. Figura 4-69. Estructura interna del ala baja con costillas y largueros Modelado del avión en CATIA V5 R19 46 46 Las últimas acciones que realizamos de nuevo es el recubrimiento del ala con Thick Surface de 5 mm y un Pocket en la parte central que se corresponde al ancho del fuselaje a la altura en la que se encuentran las alas posicionadas respecto a éste, que en este caso será de 935 mm de ancho. Teniendo esto en cuenta, el ala baja queda definitivamente: Figura 4-70. Ala baja con recubrimiento y Pocket realizado 4.2.3 Unión entre alas Colocamos las alas a la distancia que aparece en los planos con Offset, en concreto, se puede observar la distancia en la Figura 4-66 que aunque no se distingue con claridad, es de 1650 mm entre las partes centrales de ambas, haciendo coincidir con la Constraint Coincidence los planos X-Z e Y-Z. Figura 4-71. Posición del ala baja respecto al ala alta 47 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Tras posicionar las alas de forma correcta, procedemos a dibujar el Sketch de las barras de unión entre el ala alta, el ala baja y el fuselaje con las medidas que se especifican en el croquis (Figura 4-66). Figura 4-72. Sketch de las barras de unión. Se dispondrán de dos filas de estas uniones, a una distancia de 985 mm entre ambas sabiendo que la primera se encuentra a 185 mm del borde de ataque del ala. Ambas filas de barras estarán unidas a las alas en los mismos puntos (referido a la distancia horizontal) aunque a diferente altura, ya que el perfil cambia la forma conforme se avanza en la cuerda de éste. Figura 4-73. Orden Cylinder aplicada al Sketch de las barras Modelado del avión en CATIA V5 R19 48 48 Tras la creación de los perfiles de las barras, le daremos forma cilíndrica mediante la orden Cylinder con un radio de 20 mm. Estos cilindros, que todavía son una superficie, se convierten en sólido tras aplicarle un Thick Surface con un espesor interior de 3mm, quedando una parte hueca y ahorrando así material y peso. Figura 4-74. Thick Surface interior a las barras de unión entre alas También diseñaremos los alambres que se unen en cruz entre las barras. Se crearán planos que contengan a los 4 puntos que se unirán entre las dos barras correspondientes y en ellos se dibujarán las guías que seguirán estos alambres. Figura 4-75. Sketch de alambres entre alas 49 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Cuando ya hemos modelado todas las barras y alambres, proseguimos con la unión de las barras con el fuselaje, que tiene la siguiente forma: Figura 4-76. Unión metálica de barras con fuselaje Para el diseño de estas uniones metálicas se realizará un Pad a un Sketch con la forma indicada tras crear un plano vertical en el extremo de la barra que se une al fuselaje. Tendrá un ancho de 60 mm y le daremos un redondeo a los bordes de 30mm para que quede lo más parecido posible al del avión real. Figura 4-77. Pad de unión metálica de barras con fuselaje Figura 4-78. Edge Fillet aplicado a la unión metálica de barras con fuselaje Modelado del avión en CATIA V5 R19 50 50 4.2.4 Colocación de las alas en el avión Las alas se posicionan entre las cuadernas 12 y 14 con el ala baja a la altura de la parte inferior del fuselaje. Figura 4-79. Conjunto alar posicionado respecto al fuselaje. 4.3 Empenaje El conjunto de estabilizadores de cola del avión se llama empenaje y se encuentra en la parte posterior del avión, a la que le denominamos cola. Se compone estructuralmente de dos elementos: el estabilizador vertical y el estabilizador horizontal. La clasificación de los tipos de cola se hace atendiendo a la posición del estabilizador horizontal respecto al estabilizador vertical. La manera de colocarlos se deberá principalemente a criterios aerodinámicos. Las colas convencionales suelen clasificarse en tres grupos: • La cola clásica, que es la más utilizada y generalizada, su uso en construcciones aeronáuticas es aproximadamente del 75%. Suele ser la solución óptima desde el punto de vista de estabilidad, control y de peso estructural del conjunto. • La cola en “T”, que se caracteriza por tener situado el estabilizador horizontal en la parte superior de la deriva. Esta forma de posicionarlo permite, o bien reducir el tamaño de la deriva, o instalar un tercer motor en la misma. Este tipo de cola se emplea normalmente en aviones que tienen montados los motores atrás. • La cola cruciforme, es un híbrido entre la clásica y la cola en T para aprovechar así las ventajas de ambas. El estabilizador horizontal se coloca no tan alto como en la cola alta ni tan bajo como en la cola baja. 51 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Figura 4-80. Diferentes tipos de cola En nuestro caso, el Ansaldo SVA 5 dispone de una cola clásica, como se puede observar a continuación: Figura 4-81. Empenaje de cola de Ansaldo SVA 5 y su modelado en Catia. Modelado del avión en CATIA V5 R19 52 52 4.3.1 Estabilizador horizontal El estabilizador horizontal contribuye en gran medida a la estabilidad longitudinal del avión. Generalmente se trata de una superficie aerodinámica simétrica, ya que debe tener posibilidad de generar cargas verticales. Suelen tener una parte móvil que hace crecer o disminuir estas cargas llamada timón de profundidad. En este caso, las medidas de nuestro estabilizador horizontal quedan recogidas en los planos: Figura 4-82. Dimensiones del estabilizador horizontal. El estabilizador horizontal también dispondrá de costillas que le darán la forma aerodinámica que posee. Estas costillas cambiarán de tamaño y posición unas respecto a otras, lo cual es complicado y tedioso de diseñar. Comenzamos creando los planos a la altura a la que se encuentran las costillas y se supondrá el mismo perfil que en las alas escalado a la longitud del estabilizador a la altura en la que se encuentra cada plano. La longitud de cada costilla se calculará sabiendo que en la parte central es de 555 mm y que forma prácticamente un triángulo rectángulo hasta llegar al extremo, que se encuentra a 1500 mm de la parte central. El timón de profundidad sin embargo, siempre mantendrá el mismo ancho de 600 mm. Con toda esta información nos disponemos a dibujar los Sketch de cada costilla proyectando el Spline del perfil (creado como en ocasiones anteriores) y escalándolo con la herramienta Scale lo que le corresponda en cada plano. Tras ello realizamos un Pad de cada perfil con un espesor de 10 mm. Figura 4-83. Costillas del estabilizador horizontal. 53 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. A estas costillas les realizaremos un Mirror respecto al plano X-Z para crear las costillas del lado izquierdo. En este caso, el estabilizador horizontal dispone de tres largueros que recorren la estructura. Tendrá uno en el borde de ataque con un perfil rectangular de 20x15 mm, otro que recorre la parte central de 8x8 mm y el último que se encuentra en el borde de salida del timón de profundidad que tendrá las mismas medidas que el larguero central. Así, tras dibujar los rectángulos sobre la superficie de cada costilla, realizamos un Multi-Sections Solid para crear el larguero, tal y como hemos actuado con anterioridad. Figura 4-84. Estructura del estabilizador horizontal tras crear los largueros Como hemos procedido anteriormente, crearemos el recubrimiento que imita a la tela para cubrir la estructura, mediante la orden Multi-Sections Surface y dándole un espesor de 4 mm con Thick Surface. Figura 4-85. Recubrimiento de estabilizador horizontal Modelado del avión en CATIA V5 R19 60 60 Tras ello utilizaremos la orden Pocket para crear la forma definitiva del agarre del apoyo de cola al fuselaje. Figura 4-98. Orden Pocket aplicada al apoyo de cola Por último se le añaden las barras que lo conecta con el estabilizador horizontal. Para ello crearemos dos puntos, uno en la superficie del apoyo de cola y otro en la superficie inferior de la parte fija del estabilizador horizontal. Los uniremos y crearemos con la opción Cylinder el cilindro al que convertiremos en sólido con Close Surface. Figura 4-99. Modelo del Apoyo de cola en CATIA 61 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. 4.5 Hélice La hélice es el mecanismo formado por dos o más aspas o palas que al girar sobre un eje y adquirir cierta velocidad de rotación produce una fuerza propulsora. Básicamente, transforma la energía mecánica que recibe en energía cinética que se le comunica al eje. Cada pala está formada por un conjunto de perfiles aerodinámicos que van cambiando progresivamente su ángulo de incidencia y tamaño desde la raíz hasta el extremo. En nuestro caso el modelado se dividirá en una parte central que será cilíndrica y en el modelado de la hélice mediante perfiles. En este punto también modelaremos la carcasa donde irá alojada la hélice así como el respiradero del motor. Figura 4-100. Hélice real y modelo en CATIA La longitud y posición de la pala puede verse en los planos: Figura 4-101. Planos de la hélice del avión Modelado del avión en CATIA V5 R19 62 62 Comenzamos el modelado de la hélice realizando un Pad cilíndrico que conformará la parte central que va conectada al eje. Tendrá un diámetro de 230 mm y un ancho de 85mm. El siguiente paso será crear varios planos donde dibujaremos los perfiles elípticos en los Sketch. Como hemos comentado variará el ángulo y el tamaño de estos perfiles para que la forma final sea lo más parecida posible a la pala en el caso real. Uniremos los distintos perfiles a través de la orden Multi-Sections Solid, en la cual habrá que hacer un guiado mediante Coupling uniendo los vértices de cada perfil. Para crear la otra pala, ante la imposibilidad de utilizar la orden Mirror, se crearán los planos a la misma distancia simétricamente y se proyectará en ellos los Sketch de los perfiles mediante la herramienta Project 3D Elements. Figura 4-102. Multi-Sections con Coupling para la creación de la hélice Por último le realizaremos el agujero central donde irá el eje, que será de 80 mm de diámetro, y los agujeros en los que se atornillará este, que serán de 8 mm. Figura 4-103. Modelo de hélice en CATIA 63 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. 4.5.1 Eje y tornillos El eje tendrá el diámetro del taladro central de la hélice y se unirá a ella mediante una placa atornillada. Figura 4-104. Eje y placa de unión a la hélice real y modelo en CATIA Crearemos primero el eje con un Pad cilíndrico de 80 mm de diámetro y 120 mm de longiutd (el eje tendrá una mayor longitud pero como no vamos a diseñar el grupo motor le daremos una longitud significativa que atraviese la hélice y la carcasa) y a este le haremos un Chamfer de 10º a lo largo de 50 mm desde la cara superior para darle la forma con la que aparece en las fotos. Figura 4-105. Chamfer al cilindro del eje Modelado del avión en CATIA V5 R19 64 64 El siguiente paso será crear la placa con la que se unirá a la hélice, la cual se modelará con un Pad cilíndrico de 220 mm de diámetro y 10 mm de espesor a la que se le realizará un Pocket de 5 mm con un diámetro de 10 mm menor al de la placa. Figura 4-106. Pocket a placa de unión con hélice Lo último que haremos sobre la placa serán los taladros donde irán alojados los tornillos y una serie de agujeros que harán que se ahorre material. Los taladros de los tornillos tendrán un diámetro de 8 mm, como hemos mencionado, y los demás serán de diámetro 20 mm. Se utilizará la función Hole, y en el caso de los agujeros donde irán los tornillos se les dará un Thread. Figura 4-107. Eje de la hélice 65 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Con el eje ya modelado, nos centramos en los tornillos. Estos, tras consultarlo con el personal del museo, ya no se fabrican y tienen un diámetro de unos 8 mm y una longitud aproximada de 40 mm. Ateniéndonos a esto y a la forma que podemos distinguir en las fotos de la hélice, se diseña de la siguiente manera, aplicándole el correspondiente Thread: Figura 4-108. Modelo en CATIA de tornillo de la placa del eje Finalmente el ensamblaje del eje en la hélice queda: Figura 4-109. Eje unido a la hélice Modelado del avión en CATIA V5 R19 66 66 4.5.2 Carcasa de la hélice El perfil de la carcasa donde irá alojada la hélice tendrá la misma forma que el de la cuaderna 17 pero con una leve disminución en las longitudes de los listones. Figura 4-110. Carcasa de hélice en el avión real y modelo en CATIA Comenzamos diseñando la rejilla de ventilación del motor, que haremos mediante un Pad creando un placa rectangular de 1 mm de espesor y se le realizarán los agujeros que lo convierten en una rejilla mediante la orden Rectangular Pattern aplicada a un Hole de 10 mm de diámetro con un espaciado entre un agujero y otro de 5mm (de 15 mm entre centros). La forma deseado se la daremos con un nuevo Pocket en el que la forma se dibujará en un Sketch de forma aproximada. Figura 4-111. Pocket a rejilla de la carcasa de la hélice 67 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Para la carcasa en sí se hará un Pad de 70 mm con las siguientes medidas que se muestran a continuación: Figura 4-112. Pad de la carcasa de la hélice A este Pad se le realizará un Draft de 15º para que al posicionarla sobre la cuaderna 17, coincida con esta. A los bordes del resultado final se le hará un Edge Fillet de 20 mm de radio. Finalmente se crea el taladro central donde se posicionará el eje de la hélice. Figura 4-113. Modelo en CATIA de la carcasa de la hélice Modelado del avión en CATIA V5 R19 68 68 4.5.3 Posicionamiento del conjunto Hélice respecto al fuselaje El posicionamiento del conjunto hélice, que se encuentra en el morro del avión, se muestra en la siguiente Figura: Figura 4-114. Posicionamiento del conjunto hélice en el fuselaje. 4.6 Tren de aterrizaje El tren de aterrizaje es el conjunto de ruedas, soportes, amortiguadores y otros equipos que un avión utiliza para aterrizar o maniobrar sobre una superficie. También servirá de soporte de la aeronave en tierra. El tren de nuestra aeronave, se denomina tren de rodadura ya que dispone de ruedas. Figura 4-115. Tren de aterrizaje real del avión y modelo en CATIA 69 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. El tren de aterrizaje no será complicado de modelar ya que sabiendo las distancias al fuselaje, la distancia entre ruedas y el radio de la rueda, el proceso de modelado es rápido. Figura 4-116. Planos del tren de aterrizaje Lo primero que diseñaremos serán las ruedas. Como podemos apreciar en los planos tienen un diámetro de 640 mm. Dispondrán de una llanta de 500 mm de diámetro y el neumático tendrá un espesor de 25 mm. Comenzamos diseñando el neumático al que dotaremos de un color negro para simular al caucho, y tras ello modelaremos la llanta con la orden Multi-Sections Solid ya que tiene una parte que sobresale, como puede verse en las fotos. Figura 4-117. Multi-Sections Solid para crear la llanta de la rueda La otra rueda se crea con la orden Mirror tomando como plano de referencia un plano paralelo al Y-Z a una distancia de 845 mm. Resultado final 76 76 5 R ESULTADO FINAL Por último, se muestran varias fotos del avión real comparado con nuestro modelo en CATIA tras añadirle las pegatinas a la cola y al lateral del avión. Figura 5-1. Foto real del Ansaldo SVA 5 Figura 5-2. Recreación virtual del Ansaldo SVA 5 en blanco y negro 77 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. Figura 5-3. Foto real de Ansaldo SVA 5 en museo Figura 5-4. Recreación virtual Ansaldo SVA 5 en museo Resultado final 78 78 Figura 5-5. Recreación virtual SVA 5 en vuelo 79 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. 6 C ONCLUSIONES Como punto y final de este proyecto expondremos las conclusiones que hemos podido sacar durante la realización de éste y expondremos los puntos que pueden mejorar o completar este Trabajo Fin de Grado. Se ha podido observar en la realización de este proyecto, que el software CATIA es óptimo para realizar el modelado de piezas complejas y de estructuras completas en la que intervengan muchas partes o productos diferentes. Al poder profundizar en CATIA, hemos podido comprobar la multitud de módulos y herramientas que pone a nuestro alcance para que se pueda diseñar con bastante afinidad y similitud a la pieza o producto real que pretendemos recrear. No es de extrañar, por tanto, que sea uno de los softwares más utilizados en la industria aeronáutica, en el que las piezas y estructuras que deben diseñarse son de extrema complejidad. En cuanto a nuestro diseño, debemos aclarar que hay diferentes piezas o partes del avión que se podrían haber diseñado con mayor detalle, pero debido a la poca información que teníamos de estos y al tiempo del que hemos dispuesto no ha sido posible. Con todo esto, hemos quedado plenamente satisfechos con el trabajo realizado, ya que no solo se ha diseñado con gran precisión en CATIA este avión, si no que se realizó un trabajo de investigación previo en el que tuve la oportunidad de visitar uno de los museos de aeronáutica militar más importantes de Italia y tener en mis propias manos documentos que poseen más de un siglo de historia. Trabajos y mejoras futuras 80 80 7 T RABAJOS Y MEJORAS FUTURAS Por último, realizamos una lista con las posibles mejoras o ampliaciones que pueden introducirse en nuestro modelado o a este proyecto: • Modelado del grupo motor. • Modelado de las conexiones mecánicas entre superficies de control y mandos de vuelo. • Modelado del panel de instrumentos. • Mejora en los detalles de las piezas que hemos diseñado en este proyecto. • Estudio aerodinámico de la aeronave. • Estudio estructural de la aeronave. 81 Recreación Virtual y Modelado del Avión Biplano Ansaldo SVA 5 en CATIA V5 R19. BIBLIOGRAFÍA 82 82 BIBLIOGRAFÍA [1] Massimo Mondini, «Il Museo Storico dell'Aeronautica Militare di Vigna di Valle», 2010 [2] Documentos facilitados por el Centro di Documentazione “Umberto Nobile” por Il Museo Storico dell’Aeronautica Militare di Vigna di Valle, 1918. [3] Museo dell’Aeronautica Militare di Vigna de Valle, «Ansaldo SVA 5» [Online]. Available: http://www.aeronautica.difesa.it/storia/museostorico/Pagine/AnsaldoSVA5.aspx [Último acceso: 11 de abril] [4] Luigino Caliaro, «I raid della 1º Sezione SVA da Sovizzo» [Online]. Available: http://www.aviait.com/act/cera_una_volta/echi/CUV_Echi_2016/I_raid_della_1_Sezione_SVA_da_Sovizzo.pdf [Último acceso: 11 de abril] [5] Subteniente Enrique Jesús Caballero Calderón, «Un motor de automóvil adaptado a la aviación» , Boletín de Aeronáutica y Astronáutica nº 72, Diciembre 2012. [Online]. Available: http://www.aviait.com/act/cera_una_volta/echi/CUV_Echi_2016/I_raid_della_1_Sezione_SVA_da_Sovizzo.pdf [Último acceso: 12 de abril] [6] Agustín Reche, «Estructuras principales del avión», International Virtual Aviation Organisation, 2009. [Online]. Available:https://es.ivao.aero/ [7] Universidad de Sevilla, «Descripción de las partes fundamentales de un avión». [Online]. 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