Modelado y Ensamblaje en CATIA V5 del Conjunto Alar del Flyer I de los Hermanos Wright

I Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Ingeniería Aeroespacial Modelado y Ensamblaje en CATIA V5 del Conjunto Alar del Flyer I de los Hermanos Wright Autor: Antonio Velo Sirgo Tutores: María Gloria del Río Cidoncha Juan Martínez Palacios Dep. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2016 Trabajo Fin de Grado Ingeniería Aeroespacial Modelado y Ensamblaje en CATIA V5 del Conjunto Alar del Flyer I de los Hermanos Wright Autor: Antonio Velo Sirgo Tutores: María Gloria del Río Cidoncha Juan Martínez Palacios Dep. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2016 Trabajo Fin de Grado: Modelado y Ensamblaje en CATIA V5 del Conjunto Alar del Flyer I de los Hermanos Wright Autor: Antonio Velo Sirgo Tutores: María Gloria del Río Cidoncha Juan Martínez Palacios El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2016 El Secretario del Tribunal VII A mi sobrina Alejandra I Agradecimientos En primer lugar, me gustaría agradecer el trabajo realizado por mis tutores, María Gloria del Río Cidoncha y Juan Martínez Palacios. Gracias a ellos ha sido posible este proyecto conjunto. Además, su predisposición a ayudar y amabilidad han sido constantes durante el trato con ellos. En segundo lugar, he de agradecer a mi familia el hecho de haberme apoyado durante todo este proceso. Les estoy muy agradecido por haberme dado la oportunidad de estudiar una carrera y hacerme valer por mí mismo. Todo el esfuerzo personal y económico que esto ha supuesto se está empezando a ver recompensado ahora, y eso es solo gracias a ellos. Otra increíble persona a la que debo dar las gracias es mi pareja, Natalia. Ella ha sido el apoyo fundamental durante este trabajo y, sin ella, tampoco hubiera sido posible este. Juntos hemos vivido todo este proceso universitario que ahora llega a su fin, y vivirlo a su lado ha sido mi mayor suerte. Por último, agradecer a todos los profesores, compañeros y amigos que, de una u otra forma, han hecho de mi etapa universitaria una experiencia inolvidable. 5.2 Wing Structure 47 5.2.1 Lower Center Wing Structure (B1) 47 5.2.2 Upper Center Wing Structure (B2) 51 5.2.3 Right Wing Structure (B3) 53 5.2.4 Left Wing Structure (B4) 57 5.2.5 Wing Hinge Plates (B8) 59 5.3 Wing Coverings (B9) 63 5.4 Wing Struts (B8) 67 5.4.1 Strut fittings 68 5.4.2 Struts 71 5.5 Wing Trussing (B10) 73 6 Comparación del modelo con el avión real 79 7 Conclusiones 83 7.1 Mejoras 83 7.2 Nuevos planos 84 7.3 Reconstrucción 84 7.4 Cultura 84 7.5 CATIA V5 84 7.6 Computational Fluid Dynamics (CFD) 85 7.7 Evolución del ala 86 7.8 Futuro del proyecto 87 Referencias 89 IX ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 3-1: Kite Flying (Suzuki Harunobu, 1766) (14) 8 Ilustración 3-2: Diseño de una máquina voladora de Leonardo da Vinci, 1488 (18) 9 Ilustración 3-3: Modelo a escala 1/10 del Montgolfière, construido por Alex Morton (20) 9 Ilustración 3-4: Planeador de 1852 de George Cayley (Mechanics’ Magazine) (24) 10 Ilustración 3-5: Otto Lilienthal realizando un vuelo desde una colina en 1894 (27) 11 Ilustración 3-6: Modelo a vapor Aerodrome No. 5 realizando un vuelo exitoso en 1896 (30) 12 Ilustración 3-7: Los hermanos Wright probando el planeador de 1901 como cometa (34) 13 Ilustración 3-8: Wilbur Wright volando con el planeador de 1902 (35) 14 Ilustración 3-9: Orville Wright terminando el tercer vuelo del 17 de diciembre de 1903 (36) 14 Ilustración 3-10: 1903 Wright Flyer en el National Air and Space Museum (39) 15 Ilustración 3-11: Interior del ala del Flyer I (40) 16 Ilustración 3-12: Controles del Flyer I (41) 16 Ilustración 4-1: Índice de los planos del Wright Flyer (44) 21 Ilustración 4-2: Unidades de medidas de los planos (1) 22 Ilustración 4-3: Medida con error (1) 23 Ilustración 4-4: Indicación de las características de un tornillo (1) 23 Ilustración 4-5: Relación del número de rosca americana con el diámetro (49) 24 Ilustración 4-6: Tornillo de cabeza redondeada y tuerca cuadrada 25 Ilustración 4-7: Ángulo de diedro de una aeronave (50) 25 Ilustración 4-8: Dirección de la veta en el larguero trasero 27 Ilustración 4-9: Ejes de la aeronave (51) 28 Ilustración 5-1: Distribución de las costillas del ala inferior 30 Ilustración 5-2: Distribución de las costillas del ala superior 30 Ilustración 5-3: Engine support bearers 31 Ilustración 5-4: Perfil del soporte del motor 32 Ilustración 5-5: Refuerzo del soporte del motor 32 Ilustración 5-6: Soportes transversales para el magneto 33 Ilustración 5-7: Fijación delantera del soporte del motor 33 Ilustración 5-8: Fijación trasera del soporte del motor 34 Ilustración 5-9: Pilot support bearers 34 Ilustración 5-10: Fijación delantera del soporte del piloto 35 Ilustración 5-11: Parte trasera del soporte del piloto 35 Ilustración 5-12: Bloque separador del soporte del piloto 36 Ilustración 5-13: Costilla tipo A 36 Ilustración 5-14: Perfil de la costilla tipo A 37 Ilustración 5-15: Fijación delantera de la costilla tipo A 37 Ilustración 5-16: Fijación trasera de la costilla tipo A 38 Ilustración 5-17: Corte de la fijación trasera de la costilla tipo A 38 Ilustración 5-18: Bloque trasero de la costilla tipo A 38 Ilustración 5-19: Bloques intermedios de la costilla tipo A 39 Ilustración 5-20: Parte trasera de la costilla tipo A 39 Ilustración 5-21: Costilla tipo B 40 Ilustración 5-22: Parte delantera de la costilla tipo B 40 Ilustración 5-23: Fijación al larguero trasero de la costilla B 41 Ilustración 5-24: Costilla tipo C 41 Ilustración 5-25: Fijación al larguero delantero de la costilla tipo C 42 Ilustración 5-26: Bloque de madera intermedio de la costilla tipo C 42 Ilustración 5-27: Fijación al larguero trasero de la costilla tipo C 43 Ilustración 5-28: Parte trasera de la costilla tipo C 43 Ilustración 5-29: Costilla tipo D 44 Ilustración 5-30: Parte trasera de la costilla tipo D 44 Ilustración 5-31: Costilla tipo E 45 Ilustración 5-32: Parte trasera de la costilla tipo E 45 Ilustración 5-33: Costilla tipo F 46 Ilustración 5-34: Fijación al larguero trasero de la costilla tipo F 46 Ilustración 5-35: Parte central de la estructura del ala inferior 47 Ilustración 5-36: Detalle de los soportes del motor y del piloto 48 Ilustración 5-37: Fijación de una costilla al larguero delantero 49 Ilustración 5-38: Fijación de unas costillas al larguero trasero 49 Ilustración 5-39: Detalle de la unión del soporte del piloto al larguero trasero 50 Ilustración 5-40: Extremo de la parte central del ala inferior 50 Ilustración 5-41: Parte central de la estructura del ala superior 51 Ilustración 5-42: Listón trasero del ala superior 52 Ilustración 5-43: Unión del listón trasero a una costilla 52 Ilustración 5-44: Punto de anclaje del timón de dirección 53 Ilustración 5-45: Parte derecha de la estructura del ala inferior 53 Ilustración 5-46: Curva en el borde de salida de la punta del ala inferior 54 Ilustración 5-47: Soporte del extremo derecho de la estructura del ala inferior 55 Ilustración 5-48: Unión del listón curvo derecho con el larguero trasero inferior 55 Ilustración 5-49: Unión del listón curvo derecho con el larguero delantero superior 56 Ilustración 5-50: Refuerzo del larguero trasero derecho inferior 56 Ilustración 5-51: Refuerzo del larguero delantero derecho inferior 57 XI Ilustración 5-52: Parte izquierda de la estructura del ala inferior 57 Ilustración 5-53: Refuerzo del larguero delantero izquierdo superior 58 Ilustración 5-54: Refuerzo del larguero trasero izquierdo inferior 59 Ilustración 5-55: Pletina delantera del larguero trasero 59 Ilustración 5-56: Unión de los largueros delanteros central e izquierdo 60 Ilustración 5-57: Unión de los largueros traseros central e izquierdo 61 Ilustración 5-58: Sección de la unión de los largueros delanteros central e izquierdo 61 Ilustración 5-59: Estructuras del ala superior (a la derecha) e inferior (a la izquierda) 62 Ilustración 5-60: Alas con recubrimiento 63 Ilustración 5-61: Recubrimiento de las partes centrales de las alas 64 Ilustración 5-62: Recubrimiento de la parte izquierda del ala superior 65 Ilustración 5-63: Planta del extremo izquierdo del ala superior con recubrimiento 65 Ilustración 5-64: Alambres de unión de dos recubrimientos 66 Ilustración 5-65: Alambre trasero para fijación del recubrimiento 66 Ilustración 5-66: Bolsillos del recubrimiento de intradós 67 Ilustración 5-67: Tachuelas del larguero delantero 67 Ilustración 5-68: Fijación de una riostra delantera 68 Ilustración 5-69: Fijación de una riostra trasera 69 Ilustración 5-70: Fijación de un extremo trasero inferior 69 Ilustración 5-71: Fijación delantera sobre una pletina de unión 70 Ilustración 5-72: Fijación para una riostra soporte del eje de una hélice 70 Ilustración 5-73: Riostra 71 Ilustración 5-74: Conexión de una riostra con su fijación 72 Ilustración 5-75: Conjunto alar sin tirantes 72 Ilustración 5-76: Fijación con una riostra y tirantes 73 Ilustración 5-77: Alzado del conjunto alar 74 Ilustración 5-78: Perfil del conjunto alar 74 Ilustración 5-79: Alambre horizontal atravesando a una riostra 75 Ilustración 5-80: Listón del alambre horizontal trasero 75 Ilustración 5-81: Extremo del alambre horizontal trasero 76 Ilustración 5-82: Conjunto alar 77 Ilustración 6-1: Comparación del lado izquierdo de un ala real (38) con su modelo 80 Ilustración 6-2: Comparación de la fijación de una riostra real (38) con su modelo 80 Ilustración 6-3: Comparación del alambre horizontal real (38) con su modelo 81 Ilustración 6-4: Comparación del conjunto alar real (38) con su modelo 81 Ilustración 7-1: Ejemplo de análisis en Fluent (52) 85 Ilustración 7-2: Uso de FloEFD dentro de la interfaz de CATIA V5 (53) 86 1 1 INTRODUCCIÓN n la conferencia en la que se dio a conocer el proyecto Breakthrough Starshot, Stephen Hawking dijo: “We are human and our nature is to fly”. (2) Este ha sido el leitmotiv que, en la historia del ser humano, ha hecho que este pusiera siempre la vista al cielo y que haya intentado, con muchísimos fracasos en el camino, cumplir tal objetivo. Durante el último siglo la aeronáutica se ha desarrollado a un ritmo vertiginoso, y el punto de inflexión fue, sin duda, el primer vuelo libre, controlado y sostenido de una aeronave más pesada que el aire. Ese 17 de diciembre de 1903, los hermanos Wright lograban cumplir el ansiado sueño de surcar los cielos. Desde entonces, los avances y los estudios sobre aeronáutica han sido innumerables. En este trabajo se realiza un recorrido histórico desde los primeros intentos de vuelo hasta el Flyer I de los hermanos Wright y sus repercusiones. Esto sirve como base para entender la importancia que tuvo esta aeronave en la historia de la aeronáutica. Una vez establecido el marco histórico se presentará el modelado de la estructura alar completa del Flyer I a partir de planos, realizado en CATIA V5 R19. Se comentarán, además, las decisiones tomadas durante el modelado, así como información diversa sobre los planos. Finalmente, se establecerán las diferentes conclusiones que se obtienen de este trabajo. 1.1 Objetivo El fin principal de este trabajo consiste en el modelado y ensamblaje en CATIA V5 de las alas del Flyer I de los hermanos Wright. Sin embargo, también se desarrollará la historia aeronáutica previa a su diseño para tener constancia de la importancia de tal aeronave. Este trabajo es, a su vez, parte de un objetivo mayor. El modelado completo del avión ha sido dividido en varias partes, debido a que los planos contenían 50 hojas de tamaño superior al DIN A1, y esto sobrepasaba varias veces la carga de trabajo necesaria para un Trabajo Fin de Grado. Por lo tanto, el primer objetivo sería modelar las diferentes partes del avión. El objetivo final consistiría en el ensamblaje de cada una de las partes y en su posterior animación, que sería realizado por otro estudiante una vez se hayan finalizado todos los modelados. E We are human and our nature is to fly. Stephen Hawking 1.2 Justificación La elección de este tema proviene de la superposición del gusto por la aeronáutica y del diseño por ordenador. Deseaba realizar un modelado de alguna aeronave antigua, tanto por su mayor simplicidad como por la estética de la aviación histórica. Sin embargo, encontrar algún plano completo y detallado resultaba muy difícil. Tras contactar con la tutora del presente Trabajo Fin de Grado, María Gloria del Río Cidoncha, y comentarle lo que necesitaba para realizar el trabajo, ella logró proporcionarme unos enlaces a través de los que pude llegar a encontrar lo que buscaba. Los planos del Flyer I pertenecían al National Air and Space Museum y, por unos 85 euros, pude solicitar una copia. Tras la llegada, y al comprobar la gran carga de trabajo que contenía, se decidió dividir el estudio de forma que otros compañeros también participaran modelando otras partes de este avión, como se comentó anteriormente. El tema elegido cobra su importancia de la aeronave que se modela, ya que esta marcó un antes y un después en la historia de la aviación. La elección del programa CATIA V5 R19, por su parte, viene de su uso más acorde con aplicaciones aeronáuticas, además de tratarse del programa de CAD estudiado durante el grado en Ingeniería Aeroespacial. El hecho de ser una herramienta que trabajaba muy bien con superficies y la que mejor sabíamos utilizar, han sido los principales motivos para su elección como programa para modelar el Flyer I. Además, se acordó con el resto de compañeros la utilización de una misma versión del programa, a fin de evitar problemas de compatibilidad en el futuro ensamblaje de las diferentes partes del avión. Más adelante, en el apartado 2.2, se ofrece una justificación más detallada de la elección de este programa. 3 2 COMPUTER AIDED DESIGN (CAD) l empleo de equipos informáticos en el desarrollo de gran parte de las tareas cotidianas del ser humano se encuentra tan instaurado en nuestros días que resultaría difícil pensar en un mundo sin su presencia. (3) Uno de los campos en el que los equipos informáticos han tomado cada vez más protagonismo hasta el punto de ser herramientas indispensables es el de la ingeniería. El CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) es una disciplina que estudia el uso de estos “sistemas informáticos como herramienta de soporte en todos los procesos involucrados en el diseño y la fabricación de cualquier tipo de producto”. El CAD/CAM ha pasado a ser “un requisito indispensable para la industria actual, que se enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los tiempos de diseño y producción”. Para lograr estos objetivos se hace necesario usar toda la “potencia de las herramientas informáticas actuales e integrar todos los procesos”. (4) La utilización de estas herramientas ha propiciado la aparición de la denominada “Fabricación Integrada por Ordenador” (”Gestión Integrada por Ordenador” como término general para todas las empresas), consistente en “la gestión integral de todas las actividades y procesos desarrollados dentro de una empresa mediante un sistema informático”. (4) Así, esta tecnología ha cobrado tal importancia que en la actualidad se buscan, de manera constante, formas de optimización de estos sistemas. (5) Por su parte, el CAD es una “tecnología implicada en el uso de ordenadores para realizar tareas de creación, modificación, análisis y optimización de un diseño”. El CAM, por otra parte, “se puede definir como el uso de sistemas informáticos para la planificación, gestión y control de las operaciones de una planta de fabricación mediante una interfaz directa o indirecta entre el sistema informático y los recursos de producción”. (6) En relación al CAD, cabe destacar que comprende un amplio espectro de herramientas, abarcando desde las “de modelado geométrico hasta aplicaciones a medida para el análisis u optimización de un producto específico”. Entre ambos se sitúan “herramientas de modelado y análisis de tolerancias, cálculo de propiedades físicas (masa, volumen, momentos, etc.), modelado y análisis de elementos finitos, ensamblado, etc”. Su función principal “es la definición de la geometría del diseño (pieza mecánica, arquitectura, circuito E No temo a los ordenadores; lo que temo es quedarme sin ellos. Isaac Asimov electrónico, etc.), ya que la geometría es esencial para las actividades subsecuentes en el ciclo de producto”. (6) Además del CAD/CAM, habría que mencionar el CAE (Ingeniería asistida por Ordenador o Computer Aided Engineering), que se refiere “a las tareas de análisis, evaluación, simulación y optimización desarrolladas a lo largo del ciclo de vida del producto”. (4) Relacionando todo lo anterior con el presente trabajo, cabría destacar que la aeronáutica fue una de las “primeras industrias en asimilar las técnicas y tecnologías que ofrece el CAD/CAM”. Su uso es muy importante en “proyectos aerospaciales, donde se requiere el desarrollo de superficies complejas”. Tal es la relevancia del CAD/CAM en la aeronáutica, que “hoy en día es prácticamente impensable desarrollar un proyecto de avión” sin su utilización. A su vez, la aeronáutica ha contribuido “de forma muy activa” al desarrollo del CAD/CAM. (7) Para la aeronáutica, la adopción del ordenador como herramienta representó un salto tecnológico considerable (7). Esto supuso avances en las aeronaves como el uso de ordenadores para la ayuda al vuelo y la gestión de los diferentes sistemas, pero también, y de igual importancia, como herramienta de soporte a la ingeniería. En este apartado se comentará muy brevemente la evolución histórica del CAD y se justificará la elección de CATIA V5 como programa de diseño para este trabajo. 2.1 Evolución histórica Los sistemas CAD hunden sus raíces en los años 50 del pasado siglo XX, cuando comenzaron elaborando dibujos técnicos bidimensionales que mejoraron en tiempo y en almacenamiento los clásicos dibujos a mano. (8) Fue en estos años cuando apareció el primer sistema de gráficos, el SAGE (Semi Automatic Ground Environment), que era un sistema de defensa aérea de la USAF (United States Air Force) desarrollado en colaboración con el MIT (Massachusetts Institute of Technology). Este sistema permitía la visualización de datos de radar. (9) En los años 60 comenzaron a usarse los CAD para tareas como el diseño de espacios interiores de oficina. Aparecieron los sistemas CAD 2D, aunque funcionaban en mainframes, computadoras grandes, potentes y costosas. (9) Inicialmente estas herramientas no tuvieron una gran difusión, dado el reducido sector que tenía acceso a las mismas, si bien poco a poco fueron implementándose mejoras en las mismas y, con ellas, su grado de expansión. (8) Durante la siguiente década algunas “compañías empezaron a ofrecer sistemas de diseño/dibujo automatizado”, teniendo sus inicios en estos años productos como CATIA o CADLink. Comienzan a aparecer ya “algunas capacidades 3D en programas de cálculo de sistemas HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning)”. Para el final de esta década,” un sistema típico de CAD consistía en un mini-ordenador de 16 bits con un máximo de 512 Kb de memoria y de 20 a 300 Mb de disco duro”. (9) En los años 80 aparece Autodesk “con el objetivo de crear un programa de CAD que funcione sobre un PC”, llegando Autocad a convertirse en el programa de CAD más popular. Otras compañías comenzaron a hacer lo mismo con sus programas. En estos años, principalmente se usaban los programas de CAD para desarrollos de ingeniería. (9) En los años 90 se comienzan a generalizar las visualizaciones en 3D, convirtiéndose la versión 12 de Autocad en “el programa de CAD sobre Windows más vendido”. A mediados de esta década, aparecen numerosos “programas de CAD para una gran variedad de usos y aplicaciones”. En los últimos años de la década de los 90, ya son muchas las personas que hacen uso de estos programas, ya que se desarrollaban programas de CAD tanto sencillos como otros mejores “para satisfacer las necesidades crecientes de la industria”. El mercado se llena de programas de CAD 3D, que “ofrecen soluciones a segmentos verticales aportando soluciones específicas para cada uno de ellos”. (9) Actualmente, “el uso de estas técnicas ha dejado de ser una opción dentro del ámbito industrial, para 5 convertirse en la única opción existente”. (4) 2.2 CATIA V5 y justificación de su elección CATIA V5 (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) “es un programa CAD/CAM/CAE de gama alta” que “proporciona nuevas soluciones de diseño y fabricación”. (10) Este programa, que tiene sus orígenes en Francia a manos de los ingenieros que trabajaban para Marcel Dassault y su empresa aeronáutica, Dassault Aviation. (10) Debido a que fue creado para diseñar aviones, este software cuenta con “una habilidad especial para crear superficies complejas que permitan definir los contornos de las alas y el fuselaje”. (10) Actualmente, CATIA se ha convertido en una herramienta indispensable en el sector del diseño en tres dimensiones gracias a la potencia y rapidez de su sistema. A modo de resumen, CATIA no es una simple herramienta, sino “un conjunto de utilidades que asisten al ingeniero en las distintas fases que conducen a la concepción y fabricación de un nuevo producto”. (8) Este software es el más usado de su tipo en la industria aeronáutica, siendo el elegido por empresas como Airbus y Boeing. (10) La versión V5 de este software se comenzó a comercializar en 2002 a manos de IBM (10), y es la que se ha usado para la realización de este trabajo. La elección de este software viene determinada por varios motivos. En primer lugar, dado que es el programa de CAD más usado en la ingeniería aeronáutica, se trata del más apropiado para este trabajo, ya que el fin del mismo es demostrar los conocimientos en aeronáutica. Además, el hecho de haber usado y aprendido a usar este programa durante la carrera hace que sea el idóneo, pues es positivo partir de una base para reducir los errores y el tiempo al modelar. Otro gran punto a favor es, como se ha comentado, su potente uso con superficies. En esta línea, ya que es un programa diseñado para aviones, era la opción más llamativa para ser usada en este trabajo. Dado que el proyecto conjunto de modelar el Flyer I al completo debía hacerse tomando una decisión conjunta entre los compañeros, se optó por usar CATIA V5 y, concretamente su versión 19, para evitar incompatibilidades en el ensamblaje final. La elección fue fácil por todo lo descrito anteriormente y por tener todos esa misma base de conocimientos recibida durante la carrera. Por último, cabe destacar que los módulos de CATIA que se han usado para este trabajo han sido: Part Design, Assembly Design, Wireframe & Surface Design, Generative Shape Design y Drafting. Ilustración 3-6: Modelo a vapor Aerodrome No. 5 realizando un vuelo exitoso en 1896 (30) En diciembre de 1898 Langley accedió a recibir fondos del Ejército de los Estados Unidos para desarrollar un Aerodrome capaz de llevar a un piloto. Para ello, retomó los experimentos de sus anteriores Aerodromes y comenzó a probar el Quarter-Size Aerodrome, que era un modelo a escala ¼ del avión que pretendía desarrollar. (29) Tras muchas pruebas, comenzó a probar el Large Aerodrome A, el cual lograría llevar a un piloto. Contaba con un motor radial de 5 cilindros que proporcionaban 52 h.p. a 950 revoluciones por minuto. Tras numerosos intentos que terminaron en fracaso, Langley decidió abandonar los experimentos. Sin embargo, en 1914, años después de su muerte, Glenn Curtiss modificó el Large Aerodrome A para que lograra volar, cumpliendo así el ansiado sueño de Langley (29) (31). Pero, para esa fecha, los hermanos Wright ya habían conseguido realizar muchos vuelos pilotados con éxito, como se relatará a continuación. 3.2 Los hermanos Wright y el primer vuelo En los mismos años en los que los anteriores ingenieros realizaban sus experimentos, Wilbur y Orville Wright también ponían en práctica los suyos, que desembocarían en el primer vuelo propulsado y controlado de una aeronave más pesada que el aire. Al igual que en el caso de los hermanos Montgolfier, fue también una pareja de hermanos los que dieron este salto tan importante en la historia de la aeronáutica. Wilbur y Orville nacieron en 1867 y 1871, respectivamente, y se criaron en Dayton (Ohio), donde pasarían la mayor parte de sus vidas. Fue allí mismo donde, en 1892, decidieron alquilar un local y montar una tienda de bicicletas tras adquirir cada uno una de ellas. Este modesto negocio, en el que pronto se dedicaron también a la reparación y fabricación de su propia marca de bicicletas, les permitió económicamente llevar a cabo la mayoría de los experimentos aeronáuticos. (32) En 1896, la muerte de Otto Lilienthal los motivó a estudiar sus trabajos y otros del mismo campo que habían 13 intentado encontrar una solución al problema del vuelo (32). “Wilbur encontró uno de los principales problemas: una gran cantidad de información engañosa e inexacta” (11). En relación a ello escribió: “Thousands of men had thought about flying machines and a few had even built machines which they called flying machines, but these were guilty of almost everything except flying. Thousands of pages had been written on the so-called science of flying, but for the most part the ideas set forth, like the designs for machines, were mere speculations and probably 90 percent [were] false. Consequently those who tried to study the science of aerodynamics knew not what to believe and what not to believe. Things which seemed reasonable were often found to be untrue, and things which seemed unreasonable were sometimes true. Under this condition of affairs students were accustomed to pay little attention to things they had not personally tested.” (33) Durante los siguientes años, los hermanos Wright se centraron en el problema del vuelo, leyendo sobre los experimentos de Lilienthal, Caley y otros. En 1899 escribieron a la Smithsonian Institution solicitando más publicaciones aeronáuticas y ese mismo año construyeron y volaron una cometa biplana para estudiar el control lateral. Sin embargo, dado que en Dayton el terreno era plano y había poco viento, escribieron a la oficina meteorológica de Estados Unidos pidiendo información sobre los mejores sitios para realizar sus experimentos. (11) (32) En 1900, Wilbur contacta por correo con Octave Chanute, con quien continuará manteniendo el contacto e intercambiando información sobre los avances de sus experimentos. En septiembre de ese año Wilbur y Orville viajan a Kitty Hawk, lugar que le recomendaron para llevar a cabo los experimentos. Tan solo un mes más tarde comenzaron los experimentos con un planeador, probándolo de dos formas diferentes: como cometa y con piloto. (32) En 1901, con una versión mejorada del planeador que contaba con más superficie alar, realizaron muchos vuelos, llegando a cubrir distancias cercanas a los 120 metros. Sin embargo, no volaba tan bien como predecían sus cálculos y parecía que los problemas de control no estaban aún resueltos. Por ello, decidieron construir un pequeño túnel de viento para obtener información del comportamiento del flujo de aire sobre diferentes modelos de alas. En dicho túnel probaron unos 200 diseños de alas, consiguiendo información sobre las eficiencias de diferentes perfiles. (11) (32) Ilustración 3-7: Los hermanos Wright probando el planeador de 1901 como cometa (34) En 1902, con los conocimientos adquiridos gracias al túnel de viento, los Wright diseñaron y construyeron su tercer planeador, con el que realizaron numerosos vuelos con un control mejorado, cubriendo distancias de más de 180 metros y que duraban hasta 26 segundos. (11) Ilustración 3-8: Wilbur Wright volando con el planeador de 1902 (35) Tras esto, decidieron dar un paso más y construir su primer diseño propulsado: el Flyer I. Para ello, construyeron un motor de combustión interna de 4 cilindros y diseñaron las aspas como si fueran alas rotatorias. Además, fabricaron otro túnel de viento para mejorar la exactitud de las medidas. El primer intento de vuelo lo llevó a cabo Wilbur el 14 de diciembre de 1903, pero la aeronave entró en pérdida a los 3 segundos y medio del despegue. Como consecuencia, la parte delantera de la aeronave quedó dañada y pasaron 3 días llevando a cabo reparaciones y esperarando a que hiciera buen tiempo. (11) (32) Finalmente, el 17 de diciembre de 1903, Wilbur y Orville consiguieron realizar los primeros vuelos libres, propulsados, controlados y sostenidos, con una aeronave más pesada que el aire. En este caso, realizaron 2 vuelos cada uno. El primero de ellos, con Orville como piloto, duró 12 segundos y cubrió unos 35 metros. El último de estos primeros vuelos, con Wilbur al control, fue el más largo. Duró 59 segundos y recorrió más de 250 metros. (32) Ilustración 3-9: Orville Wright terminando el tercer vuelo del 17 de diciembre de 1903 (36) 15 De esta forma, ese 17 de diciembre de 1903 la humanidad lograba cumplir un sueño de miles de años de antigüedad gracias a los hermanos Wilbur y Orville Wright, pero también a todos aquellos que aportaron su grano de arena con sus experimentos y estudios sobre el vuelo. 3.3 El Flyer I de Kitty Hawk El Flyer I, aeronave protagonista de la hazaña contada anteriormente, tenía una longitud de 6.43 metros, una envergadura de 12.27 metros y una masa de unos 274 kilogramos. Contaba con 2 alas cuyas cuerdas eran de casi 2 metros, lo que daba lugar a una superficie alar de unos 47 m2. Los perfiles alares eran curvos, con una curvatura máxima del 5% y la bahía o espacio entre ambas alas era de 1.88 metros. En relación a los timones horizontal y vertical, tenían un área de 4.46 m2 y 1.95 m2 respectivamente (37). Los materiales elegidos tenían que ser ligeros pero resistentes, por lo que los hermanos Wright optaron por madera de picea y fresno, sin usar barniz para así ahorrar peso. (38) Ilustración 3-10: 1903 Wright Flyer en el National Air and Space Museum (39) El avión contaba con una configuración alar de biplano, con las alas unidas con cables. La madera usada para la estructura del ala fue del mismo tipo que la del resto del avión. Para el recubrimiento se usó tela de muselina sin blanquear, la cual servía también como componente estructural del ala. Este recubrimiento tenía cosidos trozos de tela que formaban unos huecos por los que se insertaban las costillas. La forma de las alas y los perfiles fueron el resultado de todos los experimentos que llevaron a cabo los hermanos Wright en su túnel de viento los años anteriores. (38) Ilustración 3-11: Interior del ala del Flyer I (40) Los hermanos Wright realizaron una importante innovación al introducir en su Flyer I un control sobre los 3 ejes: alabeo, cabeceo y guiñada. El control de alabeo se conseguía deformando los bordes de salida de cada semiala en un sentido, mediante el uso de cables y poleas. Estos cables y poleas conectaban los bordes de salida del ala con una base sobre la que se apoyaba el piloto y esto le permitía, mediante movimientos de cadera, controlar el alabeo del avión. La diferencia de presiones que se producía entre las semialas izquierda y derecha, que causaban el giro sobre ese eje, se consigue hoy en día con el uso de los alerones. El control de cabeceo se conseguía mediante el giro de una superficie de control en la parte delantera, por lo que tenía una configuración canard. Mediante una palanca, el piloto controlaba su giro y esto hacía rotar el avión sobre el eje de cabeceo. Por último, el control de guiñada se realizaba con el mismo movimiento que el de alabeo, ya que el timón vertical estaba conectado a la misma base del piloto. Esto permitía al piloto controlar ambos ejes con un solo movimiento. Uniendo el control de cada uno de estos 3 ejes se lograba un vuelo libre en las 3 dimensiones del espacio. (38) Ilustración 3-12: Controles del Flyer I (41) 17 Los Wright sabían qué potencia exacta necesitaban para lograr el vuelo sostenido. El motor, de combustión interna, era capaz de producir una potencia de 12 caballos y estaba conectado a las palas mediante cadenas. Las palas fueron diseñadas por los hermanos Wright concibiéndolas como alas rotatorias. Cabe señalar que la eficiencia de las mismas se acerca a las de hoy en día. Estas se fabricaron de picea, siendo talladas a mano, y se reforzaron sus puntas con tela. (38) El tren de aterrizaje estaba formado por patines en lugar de ruedas. Esto se debe a que las pruebas las realizaban sobre unas dunas de arena, donde las ruedas no eran lo más adecuado para aterrizar. Los primeros planeadores se lanzaban a mano con ayuda, pero el Flyer de 1903 requería una carretilla que rodaba hacia abajo por un carril de lanzamiento. (38) Finalmente, otra parte importante del Flyer I fue el piloto. A pesar de no ser un elemento mecánico, su habilidad, creada a base de entrenamiento, fue otro de los grandes avances que hicieron posible el vuelo. (38) 3.4 Repercusiones El hito de los primeros vuelos de los hermanos Wright marcó un punto de inflexión en la historia de la humanidad y en la aeronáutica en particular. Sin embargo, este cambio no se produjo inmediatamente después de la realización de los vuelos. Durante los siguientes años, la mayoría de la gente se mostraba incrédula, al haber sido vistos los vuelos por muy pocas personas y esta se acrecentaba además por el hecho de que los hermanos Wright no daban muchos detalles de su invento. No fue hasta 1908 cuando recibieron la aclamación del público de todo el mundo, al realizar vuelos de demostración en Francia. (11) La era del vuelo había llegado, pero, a pesar de que en 1911 ya tuvo lugar el primer vuelo transcontinental de Estados Unidos, parecía que nunca se verían flotas de aviones de pasajeros surcando el cielo. Muchos estadounidenses veían los aviones solo como una moda o como una máquina militar. (11) Mientras, en Europa había gobiernos que financiaban grandes proyectos de investigación y la empresa privada comenzaba a crear la siguiente generación de aeronaves. En Estados Unidos no se financiaban muchos proyectos de investigación aeronáutica, pero esto cambió repentinamente con el estallido de la Primera Guerra Mundial. (11) En las siguientes décadas quedaría patente el legado de los hermanos Wright: una gran cantidad de aviones surcaría los cielos en épocas de guerra y paz. (11) 19 4 PLANOS DE PARTIDA Y DECISIONES DE DISEÑO n este apartado se explicarán las decisiones más importantes tomadas a la hora de realizar el modelado en CATIA V5. Para ello se enumerarán las características de los planos de los que se parte y se comentará cómo están organizados estos. Además, se relatará cómo fue el proceso de adquisición de los mismos. También se usará este apartado para resumir las decisiones más importantes que se han tomado a la hora de modelar, así como para mencionar algún punto importante en relación a la nomenclatura usada en la aeronave. 4.1 Adquisición de planos Como se comentó en la introducción de este documento (apartado 1), el tema del trabajo se acordó con la tutora. Gracias a su ayuda se pudieron encontrar los planos del Flyer I en la página web del National Air and Space Museum (NASM). El NASM es un museo situado en Washington, D.C. perteneciente a la Smithsonian Institution. Es considerado el museo aeroespacial más importante del mundo, ya que contiene la mayor colección de aeronaves históricas. Además, el National Air and Space Museum es un centro de invertigación de la historia de la aviación y el vuelo espacial. (42) Una de las colecciones de planos más importantes del NASM es la del 1903 Wright Flyer. Los hermanos Wright no hicieron planos de la aeronave cuando la construyeron originalmente y, además, esta fue continuamente modificada durante los flight tests en Dayton, Ohio y Kitty Hawk. Dado que el 1903 Flyer fue gravemente dañado en su útimo vuelo (1903) y en una inundación en Dayton (1913) tuvo que ser reconstruido en 1916 y de 1925 a 1927. Debido a ello, existen algunas dudas sobre la configuración exacta de la aeronave durante los vuelos de 1903. El Science Museum de Londres creó unos planos de la aeronave tal y como se encontraba tras las reconstrucciones. También crearon planos la Ford Motor Company (supervisada por Orville Wright y Charles Taylor) y Louis Christman (quien consultó a Orville Wright y otras fuentes). (43) En 1985 el NASM restauró la aeronave, y para ello se desmontó esta completamente. Esto permitió medir cada componente y encontrar numerosos errores en el set de planos existente, por lo que se decidió crear uno nuevo E Piensa más, diseña menos. Ellen Lupton de 50 planos. Este último set es el más actual que ofrece el NASM y en el que se basa el presente trabajo. Sin embargo, también se ofrecen los planos del Science Museum de Londres (1928, 1938), de Ford (1939), y de Christman (1950). (44) (47) 4.2 Organización El set de planos creados por el National Air and Space Museum está compuesto por 50 planos, en los que se representa tanto la estructura como el motor del Flyer de 1903. No obstante, tal y como se menciona en el apartado anterior, aparece representada la situación en la que se encontraba la aeronave en el año 1985. (44) Los planos tienen un tamaño de 24 x 36 pulgadas (60.96 x 91.44 cm), es decir, que tienen unas dimensiones superiores a las del formato DIN A1. Llegaron grapados por un lateral y enrollados dentro de un paquete cilíndrico de cartón. Debido a su gran tamaño, fue necesario disponer un lugar de trabajo espacioso para poder tener abiertos los planos y, a la vez, trabajar con el ordenador. Tal y como se muestra en la Ilustración 4-1, el set de planos se divide en 10 bloques, conteniendo cada uno de ellos un numero diferente de hojas. En el bloque A se representan las 3 vistas de la aeronave. En el B, se detalla todo el conjunto referente a las alas y es en el que se basa el presente documento. El bloque C es el más extenso, con 14 planos del motor y sus componentes. En el D se representa la estructura de los patines. Los bloques E y F contienen los planos del timón delantero (de profundidad) y trasero (de dirección), respectivamente. En el bloque G se detallan las palas y las cadenas que permiten transmitirles la fuerza del motor. Los instrumentos de vuelo están contenidos en el bloque J. Por último, en el bloque K aparecen la pista de monorraíl y el carro portador. Entrando en detalle en el bloque que compete a este trabajo, cabe señalar que está compuesto por 10 planos. El primero de ellos, el B1, muestra la parte central del ala de abajo, distinguiéndose de la parte central superior (B2) por tener los soportes para el motor y el piloto. En los planos B3 y B4 se detalla la parte derecha (B3) e izquierda (B4) del ala, tanto superior como inferior, debido a que existen muy pocas diferencias entre ellas. El plano B5 contiene los diferentes tipos de costilla, exceptuando las que funcionan como soporte del motor (B6) y del piloto (B7). En el B8 se halla la distribución de las riostras, así como los elementos de unión de las diferentes partes del ala. En el B9 se indica cómo realizar el recubrimiento del ala con piel y en el B10 se muestra la distribución de los cables de refuerzo. 21 Ilustración 4-1: Índice de los planos del Wright Flyer (44) 4.3 Errores de acotación Es normal que, durante la realización de un set de planos de 50 hojas, se introduzcan errores (en el sentido de erratas y no de errores numéricos) en los mismos. Además, al estar realizado sobre el primer avión, que ha sido construido con mucha menos precisión que los actuales, ciertas medidas que deberían ser iguales no coinciden. Si además tenemos en cuenta que este set de planos ha sido realizado entre varias personas dividiendo el trabajo, los errores pueden multiplicarse. Sin embargo, aún con estos supuestos, el número de errores encontrados en los planos es injustificablemente grande. Una entidad de la importancia de la Smithsonian Institution, junto con el National Air and Space Museum en particular, deberían haberse asegurado de que los planos han sido revisados, aumentando así la calidad de los mismos. En esta línea, durante el modelado del ala se han encontrado numerosos errores. La mayoría de ellos provenían de la sobreacotación, no coincidiendo el resultado si se elegían unas medidas u otras. Un ejemplo se puede ver en las medidas del soporte del motor, donde la distancia entre largueros no coincide con la suma de las 4.11 Derecha e izquierda Cuando se habla en el documento de partes derecha o izquierda del ala o de la aeronave, se hará teniendo en cuenta que se realiza según la situación de la vista del piloto, es decir, mirando hacia la dirección (y sentido) de vuelo. Haciendo el símil con las embarcaciones acuáticas, cuando en el documento se mencione a la parte derecha se haría referencia a “estribor”, mientras que el lado izquierdo se correspondería con “babor”. Esta nomenclatura es la misma que se usa en grandes empresas del sector aeronáutico, como Airbus. Es por ello por lo que se ha optado por diferenciar de esta manera a ambas mitades de la aeronave. 4.12 Ejes de la aeronave Los ejes de la aeronave usados en el modelado de las alas se han establecido como se usan habitualmente en ingeniería aeronáutica en general, y en la mecánica del vuelo en particular. A la hora de modelar las costillas y las diferentes partes del ala se han tenido en cuenta estos ejes para simplificar el posterior ensamblaje. De esta forma, los ejes de la aeronave que se han usado para el modelado y el ensamblaje de las alas son los que se ven en la Ilustración 4-9, que se detallan a continuación: - El eje x coincidente con el eje longitudinal, sobre el que se controla el alabeo (roll). - El eje 𝑦 coincidente con el eje transversal, sobre el que se controla el cabeceo (pitch). - El eje 𝑧 coincidente con el eje vertical, sobre el que se controla la guiñada (yaw). Sin embargo, por simplicidad y costumbre de situar el eje z en sentido positivo ascendente, se le ha cambiado a este el sentido respecto al usado en mecánica del vuelo, lo que ha derivado en el cambio de sentido del eje y también. Ilustración 4-9: Ejes de la aeronave (51) . 29 5 MODELADO Y ENSAMBLAJE DEL CONJUNTO ALAR n este apartado se detallarán los componentes que se han modelado, así como los conjuntos que se han formado con dichos componentes. Para ello, no se describirá detalladamente cómo ha sido modelada cada pieza, sino que se explicarán aquellas más importantes o las que hagan uso de herramientas más complejas o menos habituales. Se irán comentando las diferentes partes aproximadamente en el mismo orden en el que han ido siendo modeladas. Esto se debe a que los planos no permiten el modelado en el orden en el que aparecen, esto es, del B1 al B10. Se comenzará por los diferentes tipos de costillas o ribs (plano B5), grupo en el que también se han añadido los soportes para el motor (plano B6) y el piloto (plano B7). Luego se ensamblarán dichas costillas en los largeros y se formarán las diferentes partes de la estructura del ala (planos B1, B2, B3 y B4). Tras esto, se unirán usando pletinas de acero (plano B8) y tornillos para formar así el ala superior e inferior, y se le aplicará el recubrimiento de piel (plano B9). Finalmente, se le colocarán las riostras o struts con sus fijaciones (plano B8) y los tirantes (plano B10). La estructura de carpetas que se ha seguido ha consistido en crear una de ellas con el nombre de cada plano. Dentro de cada una se han guardado los archivos relativos al Product de dicho plano. Sin embargo, algunos planos han dado como resultado varios Products, por lo que se han creado carpetas para cada uno de ellos dentro de la relativa a dicho plano. Además, para algunos planos no se han creado Products, sino que los propios elementos se han insertado directamente en el Product final. Para estos casos se ha seguido guardando los Parts en las carpetas relativas a su plano. Se decidió seguir esta estructura y no otra debido a su claridad a la hora de comparar los planos con los modelos de CATIA. Además, dado que algunos tipos de costilla se repetían mucho y aparecían dentro de diferentes Products, el hecho de tener su Product en una carpeta independiente de dichos Products evitaba la duplicación innecesaria de archivos. Los diseños se han realizado trabajando cada Part dentro del Product, ya que así se evitaban errores y se tenía una visión global de cada conjunto. Cada tipo de costilla se ha creado de esta forma como un Product. Luego se han creado los Products de las estructuras del ala central, derecha e izquierda (tanto superior como inferior), las cuales contenían a su vez los Products de las costillas y otros Parts. Finalmente, se han unido todas estas E The desire to fly is an idea handed down to us by our ancestors who… looked enviously on the birds soaring freely through space… on the infinite highway of the air Wilbur Wright estructuras del ala en el Product principal del conjunto alar del Flyer I y se han insertado el resto de elementos, ya sea como Product o Part, como es el caso del recubrimiento o de las riostras. La estructura de árbol que se ha seguido hace el que Product principal contenga a 7 Products y 241 Parts, que se corresponden con los elementos independientes que se colocaban entre las alas, como cada uno de los tirantes o las pletinas de unión. Los Products se corresponden con las diferentes partes de la estructura del ala y el recubrimiento. Dentro de cada del Product del recubrimiento solo existen Parts relativas a las diferentes partes del mismo, aunque en total son 86. Su gran número de Parts se debe principalmente a los bolsillos de las costillas. Por su parte, cada Product de las partes de la estructura alar contiene un número variable de Products y Parts. Contienen un Product para cada costilla o soporte y varios Parts para elementos de refuerzo o de fijación. En relación al número de archivos .CATProduct y .CATPart, habría un total de 23 archivos .CATProduct y 290 .CATPart. Sin embargo, no tienen por qué representar a diseños realizados desde cero, ya que algunos se deben a simetrías y otros, como es el caso de los tirantes, tienen un diseño muy similar, variando solo en la longitud. 5.1 Ribs Los ribs o costillas son elementos estructurales que aportan rigidez y permiten mantener la forma de los perfiles a lo largo del ala. El ala cuenta con diferentes tipos de costilla debido a la función de cada una de ellas. Excepto los soportes para el motor y el piloto, la disposición de las costillas muestra una simetría respecto al plano que contiene a los ejes longitudinal y vertical de la aeronave. La disposición de cada tipo de costilla en las alas inferior y superior puede verse en la Ilustración 5-1 y en la Ilustración 5-2, respectivamente. Ilustración 5-1: Distribución de las costillas del ala inferior Ilustración 5-2: Distribución de las costillas del ala superior Como se puede comprobar en la Ilustración 5-1 y en la Ilustración 5-2, la costilla más usada, con diferencia, es la tipo A. En los extremos se encuentran las costillas tipo D y E, que son un poco más cortas y le dan al ala esa forma en planta. Las de tipo B y C son más anchas que las anteriores, por lo que su diseño tenía un componente estructural mayor que estas. Por último, en la parte central del ala inferior se encuentran las 31 costillas que actúan como soporte del motor y del piloto. Dado que estas solo van desde el larguero delantero al trasero, se colocan las costillas tipo F desde el larguero trasero hasta el final del ala, proporcionándole a esta la forma curva que tiene en toda la envergadura. Las costillas van fijadas tanto al larguero delantero como al trasero, exceptuando la costilla tipo F que, como se ha comentado anteriormente, solo va fijada al trasero. A pesar de sus parecidos y su aparente simplicidad, cada una de ellas ha requerido bastante trabajo. Se han usado parámetros para agilizar un poco el proceso en algunos cambios rápidos, pero este método no ha servido para realizar las modificaciones más importantes. La principal dificultad a la hora de trabajar con las costillas ha sido forma curva. Esto ha dificultado cualquier operación sobre ella, ya que había que tener en cuenta dicha curvatura. A continuación se mostrará cada tipo de costilla y se comentarán sus diferentes peculiaridades. 5.1.1 Engine Support Bearers (B6) Ilustración 5-3: Engine support bearers Los engine support bearers (Ilustración 5-3), como su nombre indica, son unas costillas especiales que actúan como soporte para el motor, y son las costillas con mayor anchura. Van situadas en la parte central del ala inferior. Dado que el motor se fija en dicho soporte, su forma es diferente del resto de costillas, estando este formado por tramos rectos en lugar de tener forma curva. Lo componen dos costillas, sobre las que se atornilla el motor y sobre las que se apoyan transversalmente los soportes del magneto. Al estar formada por tramos rectos, su modelado fue mucho más sencillo que el resto de costillas, usando principalmente el comando Pad sobre diferentes Sketches dibujados en el plano XZ. Al ser idénticas las dos costillas, se ha modelado una de ellas y luego se ha creado la otra con el comando Symmetry. Por último se crearon los soportes transversales para el magneto. No obstante, a pesar de su sencillez, en la hoja de los planos relativa a esta parte pueden encontrase numerosas incoherencias y sobreacotaciones que no coinciden, como puede ser la distancia entre los largueros delantero y trasero. Esto ha provocado mucha pérdida de tiempo para solucionarlos. Teniendo en cuenta además, que en estos soportes se fija el motor, se ha priorizado en las medidas que le afectaban, para que los agujeros donde se fija estén situados correctamente. Esto ayudará a que en un futuro, cuando se ensamble el avión completo, los fallos se reduzcan. Los tramos rectos de madera anteriormente citados, que pueden diferenciarse en el perfil de la Ilustración 5-4, van pegados entre sí y sujetados con unas láminas de refuerzo. Ilustración 5-4: Perfil del soporte del motor Dichos refuerzos no sirven solo para fijar estas uniones, sino también para sujetar el motor con tornillos una vez se monte. Para sujetar al motor cuenta con unos agujeros por los que se insertarán los tornillos. Estos refuerzos, que se pueden apreciar con más detalle en laIlustración 5-5, son de estaño y van soldados en la parte de abajo, parte a la que se le ha dado un mayor grosor. Ilustración 5-5: Refuerzo del soporte del motor Los soportes transversales que lleva (Ilustración 5-6) sirven para sostener y fijar el magneto, para lo que cuentan con 4 pequeños agujeros donde se atornillará con tirafondos. Debido a que los soportes no están a la misma altura, el soporte transversal trasero lleva otra pieza que sirve para situar los agujeros a la misma altura que el delantero. Esta pieza no está centrada respecto a las dos costillas, sino que está situada ligeramente hacia el centro de la aeronave. Va pegada al soporte y unida además a él mediante 3 tirafondos insertados por debajo, que no se aprecian en la imagen. Por otro lado, los soportes transversales van unidos al resto del conjunto mediante otros 4 tirafondos. Estos soportes se fijan realmente después de montar la tela en la estructura, pero al no tener los planos en cuenta el grosor de la misma y a que dicho los soportes tiene un grosor mayor que la tela, se modelarán con las medidas dadas en el plano y en más tarde se le realizará el Remove de la tela. 33 Ilustración 5-6: Soportes transversales para el magneto Las fijaciones delanteras (Ilustración 5-7) sirven para unir el soporte del motor al larguero delantero. Estas, a su vez, se fijan al soporte del motor con tornillos de cabeza redondeada y tuercas cuadradas, con rosca de métrica 5. Su forma encaja con la del larguero delantero, como se verá en el apartado 5.2.1. Ilustración 5-7: Fijación delantera del soporte del motor Las fijaciones traseras (Ilustración 5-8) tienen la función equivalente a la anterior pero para el larguero trasero. Llevan también tornillos y tuercas cuadradas de igual métrica, aunque la mitad que en el caso anterior. Dado que el larguero trasero tiene sección cuadrada, también encaja perfectamente con él. Ilustración 5-8: Fijación trasera del soporte del motor 5.1.2 Pilot Support Bearers (B7) Ilustración 5-9: Pilot support bearers Las costillas sobre las que descansa el peso del piloto son también diferentes al resto, como se puede apreciar en la Ilustración 5-9. Sin embargo, su estructura es muy similar a la mayoría de las costillas. Su anchura es igual que las costillas tipo B y C. Cada una de estas costillas está formada por dos listones de madera curvados, unidos mediante bloques y clavos. Se sitúan en la parte central del ala inferior. Los listones se han modelado dibujando una Spline por los puntos dados en el plano, y luego se ha hecho el sólido haciendo pasar un Sketch de su sección por dicha Spline con el comando Rib. Luego se han borrado con Pockets las partes sobrantes que interferían con la posición de los largueros y se han modelado los últimos 35 detalles de forma. Al igual que en el caso anterior, cuentan con unas fijaciones de acero en la parte delantera que sirven para fijar dichas costillas al larguero delantero. Como se puede ver en la Ilustración 5-10, en este caso la fijación se curva para quedar entre los 2 bloques y los listones. Además, va remachada en dichos bloques. Los remaches han sido creados con clavos, es decir, cortándolos y golpeándolos hasta formar los remaches. Estos se han modelado como si fueran clavos con dos cabezas iguales. Debido a que la costilla pierde altura desde el borde de ataque hacia el borde de salida, han tenido que usarse diferentes medidas para que los remaches se adecuaran a ella. Ilustración 5-10: Fijación delantera del soporte del piloto En la parte trasera, por el contrario, no llevan fijaciones, sino que adquiere la forma y ángulo preciso para apoyarse sobre el larguero trasero, donde en un futuro se atornillará. Esto puede observarse en la Ilustración 5-11, donde además se puede comprobar que tiene una pequeña hendidura, aparentemente sin uso. Ilustración 5-11: Parte trasera del soporte del piloto Estas dos costillas no son completamente iguales, ya que tienen los tres bloques interiores con separaciones diferentes, cosa que afecta además a la fijación delantera. Cada uno de estos bloques lleva dos remaches hechos con clavos, al igual que en el caso de la fijación delantera. El bloque central puede apreciarse como ejemplo en la Ilustración 5-12. Se ha elegido mostrar el bloque central porque justo detrás tiene un pequeño agujero que es donde se fijará en un futuro uno de los controles del piloto. Ilustración 5-12: Bloque separador del soporte del piloto 5.1.3 Rib A (B5) Ilustración 5-13: Costilla tipo A Las costillas tipo A (Ilustración 5-13) son el tipo de costilla más común en la aeronave. A partir de esta se modelarán las otras, por lo que en los sucesivos apartados se comentarán principalmente los cambios que presentan respecto a este tipo. Cuenta, junto con los tipo D, E y F, con la menor anchura. Los listones se han modelado como en el caso anterior, es decir, dibujando una Spline por los puntos dados en el plano, y usando luego el comando Rib, haciendo, de esta forma, honor a su nombre. Para trabajar correctamente en cada bloque, se ha construido un plano para cada uno que sea tangente a la curva por esos 37 puntos. Su perfil es el que aparece en la Ilustración 5-14, curvatura que también tienen las costillas restantes. Por ello solo se representará el perfil de este tipo. En él se puede ver que la costilla, a diferencia de los tipos anteriores, continúa por detrás del larguero trasero. Ilustración 5-14: Perfil de la costilla tipo A Al igual que los tipos anteriores, cuenta con una fijación al larguero delantero, como se ve en la Ilustración 5-15. En este caso va reforzada con una lámina de estaño soldada y se incrusta en ambos listones con sus extremos doblados. Además cuenta con dos clavos superiores, dos inferiores y otros dos laterales a los que se les ha plegado la parte sobrante. Ilustración 5-15: Fijación delantera de la costilla tipo A La fijación trasera en este caso no solo sirve para fijar la costilla al larguero trasero, sino también para unir las partes trasera y delantera de esta. Como se puede ver en la Ilustración 5-16, tienen también refuerzos de estaño soldados y clavos. Dichos clavos se ven mejor en el corte de la Ilustración 5-17, en el que quedan coloreadas de marrón las partes de madera y rallado el resto de componentes. Como se puede observar, para el clavo trasero se ha usado una longitud menor e igual a los usados en el último bloque, como se verá más adelante. Esto se debe a que la altura de la costilla va reduciéndose conforme se avanza hacia el borde de salida. Las láminas de acero van incrustadas en los listones también en este caso. 5.1.6 Rib D (B5) Ilustración 5-29: Costilla tipo D La costilla tipo D (Ilustración 5-29) va situada en la punta del ala, siendo la segunda costilla contando desde los extremos. En la aeronave se usan cuatro de este tipo en total. Su principal diferencia respecto al tipo A se encuentra en su longitud, siendo la tipo D unas pulgadas más corta. Además, también cambia su parte trasera, como se aprecia en la Ilustración 5-30. Concretamente cambian tanto la posición como la longitud del bloque de madera trasero. La longitud de la parte donde ambos listones permanecen unidos también cambia, siendo en este caso menor. Ilustración 5-30: Parte trasera de la costilla tipo D 45 5.1.7 Rib E (B5) Ilustración 5-31: Costilla tipo E La costilla tipo E (Ilustración 5-31) va situada en la punta del ala, siendo la costilla situada en los extremos. En la aeronave se usan cuatro de este tipo, como en las de tipo D. Respecto a la costilla D presenta algunos cambios menores. Es unas pulgadas más corta y también cambia su parte trasera, como se observa en la Ilustración 5-32. Los cambios vuelven a ser en la posición y longitud del bloque trasero y en la longitud de la parte en la que ambos listones van unidos. Ilustración 5-32: Parte trasera de la costilla tipo E 5.1.8 Rib F (B5) Ilustración 5-33: Costilla tipo F La costilla tipo F (Ilustración 5-33) está presente en la parte central del ala inferior. Concretamente detrás de los soportes del motor y el piloto, ayudando de esta manera a dar forma a la parte trasera del ala. Se usan un total de cinco costillas de este tipo. Al ser solo el perfil de la parte trasera del ala, solo va fijada al larguero trasero. Dicha fijación puede verse en la Ilustración 5-34. Ilustración 5-34: Fijación al larguero trasero de la costilla tipo F 47 5.2 Wing Structure La estructura del ala está formada principalmente por costillas y largueros, configuración que se ha mantenido hasta hoy día. La distribución de costillas es la que se dio anteriormente en la Ilustración 5-1 y en la Ilustración 5-2. En este apartado se acoplarán las costillas anteriormente creadas a los largueros delanteros y traseros que se modelarán a continuación. Además se modelarán otros elementos de la estructura alar, como el listón arqueado en la punta del ala. La estructura está dividida en seis partes: tres del ala superior y tres del ala inferior. Las partes se han modelado por separado y posteriormente se han unido los largueros de las diferentes partes usando placas de acero para conformar la estructura de cada ala completa. Se comenzará modelando la parte central del ala inferior, donde se encuentran los soportes del motor y del piloto. Luego, la parte central superior, que cuenta con un listón trasero donde va anclado el timón de dirección. Una vez terminadas las partes centrales, se modelarán las partes exteriores. Cada una de estas cuatro partes exteriores es diferente. Sin embargo, las partes exteriores superiores son muy similares a sus equivalentes inferiores, variando solo en algunas medidas. 5.2.1 Lower Center Wing Structure (B1) Ilustración 5-35: Parte central de la estructura del ala inferior La parte central del ala inferior (Ilustración 5-35) es, posiblemente, la que cuenta con una mayor importancia. Esto se debe principalmente a que actúa como soporte para el motor y para el piloto. Además, a ella se fijan otras partes de la aeronave, como los patines. Para su modelado se ha partido de las medidas de la componente 𝑦 del centro de la aeronave. Dicho 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑦 de la aeronave no coincide exactamente con el homónimo de la estructura del ala, sino que este último está situado ligeramente a la derecha del primero. Esto es debido a que la parte derecha del ala es un poco más larga que la izquierda. En los planos aparece una diferencia entre ambos puntos de 1 2 𝑖𝑛, aunque en ese caso solo se debe referir al centro de la parte central de la estructura, y no a la estructura del ala como aparece escrito. Esta diferencia de 1 2 𝑖𝑛 en la parte central se debe a que los largueros se extienden 1 𝑖𝑛 más hacia la derecha que hacia la izquierda. Si a esto le sumamos la diferencia entre las medidas de las partes derecha e izquierda respecto al 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑦 de la aeronave, la diferencia real entre ambos centros es aún mayor. Sin embargo, entre las hojas de los planos se encuentran numerosas discrepancias sobre las medidas relativas a las diferencias entre las partes. Esta parte está formada por seis costillas de tipo A, cinco de tipo F, cuatro de tipo B y los soportes del motor y del piloto, que cuentan con dos costillas cada uno. Además, tiene los largueros delantero y trasero. Las costillas no están todas a la misma distancia respecto a sus contiguas, sino que existen unas pequeñas diferencias en la situación de las mismas. Las costillas tipo B se sitúan en las posiciones primera y tercera contando desde los extremos. Las costillas tipo F y los soportes del motor y del piloto se sitúan en la parte central, tal y como se muestra en la Ilustración 5-36. En ella se puede ver cómo ambos soportes solo se encuentran entre los largueros, mientras que son las costillas tipo F las que sirven de continuación para dar la forma completa al ala. Las costillas más numerosas, las de tipo A, se encuentran en el resto de posiciones. Ilustración 5-36: Detalle de los soportes del motor y del piloto Las fijaciones de las costillas al larguero delantero se consiguen mediante unas placas de acero, como se aprecia en la Ilustración 5-37. El hueco que se dejó al modelar estas es exactamente igual a la sección del larguero delantero y llevan la misma inclinación de 11 grados, por lo que todas las costillas encajan perfectamente. 49 Ilustración 5-37: Fijación de una costilla al larguero delantero Las fijaciones al larguero trasero también se realizan mediante placas de acero, como se puede observar en la Ilustración 5-38, que muestra dichas fijaciones para el caso de los soportes del motor, una costilla tipo A y una de tipo F. Sin embargo, en el caso del soporte del piloto se usa un par de tirafondos para fijarlo al larguero trasero, aunque su tamaño y posición exacta no venían determinados en los planos. Esto puede verse en la Ilustración 5-39, donde además se vuelve a apreciar la fijación de una costilla tipo F. Para este caso, los planos mostraban muchas discrepancias en cuanto a las dimensiones del hueco a dejar para el larguero trasero, por lo que en algunas uniones con determinados tipos de costillas quedan partes sin estar completamente en contacto. No obstante, se ha elegido el larguero trasero para que coincida con la mayoría de costillas y se ha intentado solventar dicho problema en la medida de lo posible. Ilustración 5-38: Fijación de unas costillas al larguero trasero Ilustración 5-39: Detalle de la unión del soporte del piloto al larguero trasero Finalmente, cabe destacar que los largueros llevan en sus extremos unos refuerzos de estaño soldados, que es donde se unirán a los otros largueros mediante placas de acero. Dichos refuerzos se pueden ver en la Ilustración 5-40, donde también se puede ver la diferencia entre las secciones de ambos largueros, así como la diferencia entre las costillas tipo A y tipo B. También puede apreciarse, aunque con algo de dificultad debido a su tamaño, que el larguero trasero tiene dos agujeros cerca de cada extremo cuyo uso está relacionado con el control de la aeronave. No obstante, estos se mostrarán con mayor detalle más adelante. Ilustración 5-40: Extremo de la parte central del ala inferior 51 5.2.2 Upper Center Wing Structure (B2) Ilustración 5-41: Parte central de la estructura del ala superior La parte central de la estructura del ala superior (Ilustración 5-41) presenta similitudes con la anterior. Sin embargo en esta no aparecen los soportes del motor y del piloto ni la costilla tipo F. En cambio, lleva el tipo de costilla C y un listón en la parte trasera que cubre seis costillas. En este caso también se ha modelado tomando como centro el 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑦 de la aeronave, es decir, no en el centro exacto de los largueros. Esta parte cuenta con diez costillas de tipo A, cuatro de tipo B y dos de tipo C. Además de los largueros delantero y trasero, esta parte tiene el listón trasero antes mencionado. Las costillas tipo B se sitúan en las posiciones 1 y 3 contando desde los extremos, mientras que las de tipo C se sitúan en la posición 6. Las de tipo A se sitúan en las restantes. Al igual que en la parte central inferior, las costillas no se encuentran todas a la misma distancia respecto a sus contiguas. Además, dichas posiciones no coinciden tampoco con las de la parte central inferior. El listón trasero (Ilustración 5-42) está situado entre ambas costillas tipo C, cubriendo también a las cuatro costillas interiores, que son de tipo A. El listón va unido a las seis costillas mediante tirafondos, como se puede observar en la Ilustración 5-43. Este listón, al igual que ocurría en el caso del soporte del magneto, se fija realmente una vez la tela ha sido montada en la estructura, pero dado que los planos no tienen en cuenta el grosor de la misma y a que dicho listón tiene un grosor mucho mayor que la tela, se diseñará el listón con las medidas dadas en el plano y en un futuro se le realizará el Remove de la tela. Ilustración 5-42: Listón trasero del ala superior Ilustración 5-43: Unión del listón trasero a una costilla El listón trasero tiene tirafondos también en las costillas tipo A y esto conlleva a que se le realicen los pertinentes Removes a dichas costillas. Para poder realizar dicho Remove solo a las costillas necesarias, y no a todas las de tipo A, ha sido necesario duplicar la parte que lleva el Remove y usar un Product diferente. De esta forma se tendría unas costillas tipo A normales y otras tipo A con el Remove, que serían las situadas entre las de tipo C. Este listón también lleva unos puntos de anclaje, como se puede observar en la Ilustración 5-44. En estos puntos de anclaje se fija el timón de dirección, el cual también va unido a los patines. Como es habitual en este plano, su posición exacta no podía determinarse al existir incongruencias y sobreacotación en el plano. Por ello, se han situado respetando las distancias entre los mismos, para que sea igual a la que aparecen en los planos del timón. 53 Ilustración 5-44: Punto de anclaje del timón de dirección No obstante, no queda claro en los planos si dichos puntos son simétricos respecto al centro de la aeronave o están situados ligeramente hacia uno de los lados. Por ello se han modelado situándolos a la misma distancia del centro de la aeronave. Sin embargo, se han utilizado dos parámetros para las distancias entre los planos y el centro de la aeronave para facilitar un cambio cuando en un futuro se ensamble el avión al completo. De esta forma, cambiar la posición de dichos puntos será una tarea fácil y rápida, ya que con solo variar los dos parámetros es posible cambiar la posición los puntos de anclaje y sus tirafondos. Solo tendrán que rehacerse los Removes de dichas partes al listón trasero. Estos puntos de anclaje están formados por alambre de acero y tirafondos, insertados en el listón. El alambre está doblado hacia abajo en ambos extremos, ayudando esto también a su fijación al listón. Los largueros son iguales que los de la parte central del ala inferior, cuentan con la misma sección y longitud y también llevan refuerzos de estaño de iguales características. Así mismo, el larguero trasero posee también dos agujeros en cada extremo, aunque no están colocados exactamente en la misma posición ni tienen el mismo diámetro. 5.2.3 Right Wing Structure (B3) Ilustración 5-45: Parte derecha de la estructura del ala inferior La parte derecha de la estructura del ala (Ilustración 5-45) está compuesta por los extremos derechos del ala de los largueros traseros, que son iguales entre sí. Otras cuatro también iguales se sitúan en la parte delantera de los largueros traseros, siendo una de ellas la que se muestra en la Ilustración 5-55. En la parte trasera de los largueros delanteros vuelve a haber otro grupo de cuatro pletinas iguales. Sin embargo, en la parte delantera de estos largueros existen dos tipos de pletinas, contando con dos de cada tipo. Los cinco tipos de pletinas tienen características similares. Todas cuentan con dos agujeros avellanados a 90° para los tirafondos y otro agujero de mayor diámetro para el tornillo que actuará como bisagra, también avellanado. La forma de cada una se ha tenido que moldear para que no interfiriera con los otros elementos, es decir, los refuerzos de los largueros. La pletina delantera del larguero delantero es la que presenta más diferencias respecto al resto, ya que se sitúa en una parte con curvas a la que debe adaptarse y tiene, además, una estrechez para no interferir con las fijaciones de las riostras, que se describirán más adelante. Aunque estas fijaciones se coloquen encima de la tela se deja esta estrechez para dejar un mayor espacio a estas. Las dos versiones de esta pletina difieren en que cada una de ellas presenta la estrechez en un lado diferente. Una de estas versiones se usa en la parte superior derecha e inferior izquierda, mientras que la otra en las dos posiciones restantes. Esto se debe a que las fijaciones de las riostras se colocan en la parte superior del larguero inferior y en la parte inferior del superior. En la Ilustración 5-56 se observa, a modo de ejemplo, la unión del larguero delantero central inferior con el larguero delantero izquierdo inferior. Como se aprecia, la pletina queda fijada al larguero central con dos tirafondos, mientras que lleva un tornillo y una tuerca en su unión con el larguero izquierdo. Este último tornillo, situado a la derecha, es el que se comentó anteriormente que actúa como bisagra. Ilustración 5-56: Unión de los largueros delanteros central e izquierdo También se muestra a continuación la Ilustración 5-57, en la que se aprecia mejor la separación de 1 16 pulgadas entre los largueros, además de la tuerca que no se veía en la anterior imagen. Las roscas usadas en el tornillo y la tuerca son de rosca métrica M6 y se ha decidido utilizar en este caso una tuerca hexagonal, aunque no se tenía información del tamaño ni de la forma exacta de estos elementos 61 Ilustración 5-57: Unión de los largueros traseros central e izquierdo El resto de uniones son muy similares y no presentan una diferencia justificable para su representación. Al igual que las uniones explicadas, llevan tirafondos en los largueros centrales y tornillos y tuercas en los largueros extremos. El motivo de la diferencia en tamaño y posición de los agujeros de las pletinas es el de impedir la interferencia entre los tirafondos una vez dentro de los largueros. Se puede ver a modo de ejemplo una de las secciones interiores, en la Ilustración 5-58, en la que observa cómo los tornillos no colisionan. Ilustración 5-58: Sección de la unión de los largueros delanteros central e izquierdo Finalmente, se muestra en la Ilustración 5-59 la vista completa de la estructura del ala superior e inferior, una vez se han realizado todas las uniones de los largueros. Hay que tener en cuenta que ya aquí se ha trabajado dentro del Product final y se ha establecido la distancia entre ambas alas, conocida como bahía. Ilustración 5-59: Estructuras del ala superior (a la derecha) e inferior (a la izquierda) 63 5.3 Wing Coverings (B9) Ilustración 5-60: Alas con recubrimiento Una vez ensamblada la estructura interna del ala, se procederá a aplicarle el recubrimiento, tal y como se muestra en la Ilustración 5-60. El material usado para dicho recubrimiento es muselina sin blanquear, como se comentó anteriormente. Cada parte exterior del ala tiene un recubrimiento independiente, mientas que las partes centrales cuentan con dos recubrimientos independientes cada una. A su vez, cada uno de estos recubrimientos está compuesto por tramos de muselina solapados entre sí en sus extremos y formando un ángulo de 37° respecto a los largueros. En los extremos de unión con otros recubrimientos, estos llevan un dobladillo en el que encierran un alambre. Estos sirven para, mediante cordeles atados e hilo cosido, poder unir los diferentes recubrimientos. En los extremos traseros también llevan un dobladillo con otro alambre, el cual permite, en este caso, fijar el recubrimiento a la parte trasera de las costillas. Este alambre trasero sigue los surcos que se crearon en la parte trasera de las costillas, como se vio anteriormente. Para fijar la parte del intradós, se colocan unos bolsillos cosidos, en los cuales se insertarán las diferentes costillas, exceptuando los soportes del motor y del piloto. Finalmente, se termina de fijar la parte delantera mediante el uso de numerosas tachuelas. Dada la complejidad para modelar en CATIA todos estos elementos, se ha decidido realizar una serie de simplificaciones, de modo que se ha modelado la tela sin separar las diferentes partes, sin darle forma a los dobladillos, y sin modelar las costuras y los nudos de los cordeles de fijación. El resto de elementos sí han sido modelados. Otra simplificación justificable ha sido la ausencia de inclusión de Removes de diferentes partes de las costillas que interferían con la tela, como cabezas de tornillos y clavos. El motivo ha sido que en total la aeronave dispone de más de 3500 clavos que habría que restar individualmente. Dado que esto era inviable, no se ha evitado completamente la interferencia con el recubrimiento. Una vez explicadas dichas simplificaciones se mostrarán los modelados en imágenes y se comentarán las particularidades de cada uno. El módulo que se ha usado principalmente ha sido el de Generative Shape Design, trabajando con diversas herramientas, como Multisection Surface, Multisection Volume, Fill, Join, Extrude Surface, Extrude Volume, Thick Surface, etc. En primer lugar, en la Ilustración 5-61 puede verse en mayor detalle la parte central de ambas alas. En la parte superior lleva el listón trasero sobre la tela, aunque como se instaló anterior mente ahora se le ha restado la misma. En la parte trasera, al encontrarse los soportes del piloto y del motor, la tela toma formas diferentes. Por un lado el soporte del piloto se sitúa a una altura mayor, y se apoya por encima de los largueros delantero y trasero, por lo que se puede apreciar que la tela se ensancha en dichos sitios. Por otra parte, el soporte del motor, al estar formado por tramos rectos, le confiere a la tela dicha forma. Además los soportes del magneto se colocarían en este caso también por encima de la tela, por lo que, de la misma forma, se le han realizado los pertinentes Removes. Por último, las costillas tipo F sobresalen por detrás un poco más que el resto, por lo que también se ve afectada la tela por esta parte. Ilustración 5-61: Recubrimiento de las partes centrales de las alas En el resto de costillas interiores, la tela queda con el mismo perfil, debido a que la mayoría de las costillas cuentan con la misma curvatura. Sin embargo, en los extremos la tela vuelve a sufrir cambios en su perfil para adaptarse a la estructura del ala. Esto se puede ver en la Ilustración 5-62, en la que se aprecia cómo evoluciona desde la última costilla para adaptarse al listón arqueado de la punta del ala. Además, se puede ver cómo se adapta al estrechamiento del larguero delantero. 65 Ilustración 5-62: Recubrimiento de la parte izquierda del ala superior Dado que en la anterior imagen no se puede apreciar correctamente la forma que toma la curva del borde de salida del ala, se muestra a continuación la Ilustración 5-63, con la vista en planta de la punta del ala. Esta curva será diferente para cada uno de los extremos del ala. En esta imagen se observa además que el borde de salida de las costillas queda fuera del recubrimiento, ya que la tela llega hasta la hendidura donde se sujeta el alambre trasero. Ilustración 5-63: Planta del extremo izquierdo del ala superior con recubrimiento Para mostrar los alambres de los extremos, se ha decidido ocultar todos los recubrimientos. En primer lugar se muestran los alambres de unión entre dos partes del ala, como se aprecia en la Ilustración 5-64. Van tanto por el recubrimiento del extradós como por el del intradós. Para unir las partes, se coserían ambas telas y se pasaría un cordel entre la tela amarrando ambos alambres, aunque como se explicó anteriormente, estas costuras y nudos de cordeles no se han representado. Ilustración 5-64: Alambres de unión de dos recubrimientos El alambre trasero se puede ver en la Ilustración 5-65. Este alambre se adapta para pasar por las diferentes hendiduras de las costillas. Aunque no se han modelado, también existen cordeles, en este caso para amarrar el alambre y la tela a la parte trasera de las costillas. Aprovecha también, de esta forma, la hendidura inferior para que el nudo no resbale. Este alambre también se ha simplificado un poco en relación a la unión de sus diferentes partes. Ilustración 5-65: Alambre trasero para fijación del recubrimiento 67 Para ver el interior, se ocultará solo la parte superior del recubrimiento, lo que permitirá mostrar los bolsillos en los que se insertan las costillas para que la tela inferior se adhiera bien y tome la forma correcta del perfil alar. Estos bolsillos de tela están cosidos al recubrimiento inferior y se adaptan tanto a este como a la costilla a la que cubra. Es por ello que se han realizado diferentes variantes de este bolsillo, para que cubra correctamente a los diferentes tipos de costilla y para que quede unido al recubrimiento inferior incluso cuando este se deforma para adaptarse a los extremos o a la parte central del ala. A ambos lados de la línea de cosido sobresale un resto de tela, que también se han modelado. En la Ilustración 5-66 se muestran dos de estos bolsillos diferentes, para una costilla tipo A y otra tipo B. Además, también aquí se ven los alambres de unión superiores de los recubrimientos, ya que la tela superior se ha ocultado. Ilustración 5-66: Bolsillos del recubrimiento de intradós Finalmente, por las partes delantera y lateral, la tela se fija mediante el uso de numerosas tachuelas. Las tachuelas están espaciadas 1 pulgada, habiéndose modelado en total más de 500 tachuelas. En la Ilustración 5-67 se pueden ver las tachuelas situadas en el larguero delantero. Las del listón arqueado están colocadas de manera similar. Ilustración 5-67: Tachuelas del larguero delantero 5.4 Wing Struts (B8) Los struts o riostras sirven como unión estructural entre las alas superior e inferior. Existen un total de 18 riostras y van ancladas a unas fijaciones, las cuales a su vez están fijadas a los largueros. La mitad de las riostras están situadas entre los largueros delanteros, es decir, entre el superior y el inferior, mientras que la otra mitad se encuentra entre los largueros traseros. En primer lugar se detallarán las fijaciones, comentando los diferentes tipos que existen. Después se comentarán los struts y su colocación entre ambas alas. 5.4.1 Strut fittings Los struts fittings o fijaciones de las riostras están formados una pieza de acero en la cual se engancharán las riostras y una pletina que permite atornillar dicha pieza a los largueros. Ambas están soldadas y existen diferentes tipos en función de su posición y orientación. En total, la aeronave cuenta con 36 de estas fijaciones, ancladas con un total de 144 tornillos. En la Ilustración 5-68 se puede ver una de estas fijaciones. Al ser una de las que está situada en un larguero delantero inferior, tiene forma curva para adaptarse a este. Las fijaciones situadas en el larguero delantero superior tienen una forma específica para adaptarse a este. Además, dentro del mismo larguero existen fijaciones con una orientación u otra, es decir, la parte de la fijación que se dobla hacia su interior puede estar tanto en la derecha como en la izquierda. Además, como también se aprecia en la Ilustración 5-68, existen unos orificios en la pieza curvada que permitirán asegurar el anclaje cuando se enganche la riostra. Ilustración 5-68: Fijación de una riostra delantera En la Ilustración 5-69, por el contrario, se muestra una fijación anclada al larguero trasero. También en este caso su orientación cambia, aunque siempre coincidiendo con su equivalente en el larguero delantero. Las fijaciones traseras superiores son de la misma forma que la que se muestra. 69 Ilustración 5-69: Fijación de una riostra trasera Además, cabe destacar que las fijaciones superiores tienen la misma orientación que sus equivalentes inferiores. Además, la pieza con curvatura siempre estará situada de forma perpendicular a la pletina, por lo que el ángulo que forma con el plano vertical cambia entre las diferentes fijaciones según su situación. En los 8 extremos de los largueros se encuentran otros tipos de fijaciones. A modo de ejemplo, se muestra en la Ilustración 5-70 la fijación del extremo del larguero inferior izquierdo. Como se puede apreciar, en este caso la pieza soldada cambia, ya que no es necesaria su otra parte. La orientación de esta pieza siempre será con la curva apuntando hacia el interior de la aeronave. Su equivalente superior es igual, aunque situada hacia abajo, mientras que su homóloga delantera tiene forma curva para adaptarse al larguero delantero. Ilustración 5-70: Fijación de un extremo trasero inferior Ilustración 5-81: Extremo del alambre horizontal trasero Finalmente, en la Ilustración 5-82 se muestra con el mayor detalle posible cómo quedaría el conjunto alar completo. 77 Ilustración 5-82: Conjunto alar 79 6 COMPARACIÓN DEL MODELO CON EL AVIÓN REAL n este apartado se usarán algunas fotografías del Flyer I, tanto históricas como actuales, para comparar los renders del modelo en CATIA con el avión original. En estos ejemplos se podrá comprobar el parecido y las diferencias entre ambas partes. No obstante, debido a que dicho modelo se ha realizado a partir de los planos, hay algunas diferencias entre el modelo y la aeronave. Estas se pueden deber a diferentes cuestiones que se detallarán a continuación. Por un lado, se deben a cuestiones de la propia construcción, que no tenía la precisión de la fabricación actual. En relación con ello, también cabe decir que los planos tuvieron que crearse para mostrar las dimensiones de muchos elementos que se repetían, pero que en realidad diferían un poco en las medidas. Un ejemplo de esto son las costillas de un mismo tipo. Por otro lado, se debe a decisiones de modelado o a partes no completamente detalladas en el plano. Un ejemplo serían los alambres de las fijaciones de las riostras que impiden que se salgan estas, los cuales no aparecían en los planos. A continuación se mostrarán las imágenes comparativas, ilustrando algunos de los elementos modelados de los cuales se han encontrado fotografías reales pertenecientes NASM. En primer lugar, en la Ilustración 6-1 Ilustración 6-1se muestra el lado izquierdo de una de las alas, con el recubrimiento superior quitado. La principal diferencia se encuentra en los bolsillos, que en el modelo están situados un poco más cerca del borde de ataque. Esto se debe a que en los planos no se daban las medidas necesarias para situar de manera inequívoca estos bolsillos. Por ello, se optó por situarlo de manera que cubriera a todos los bloques intermedios. E El diseño gráfico no es lo que ves, sino lo que debes hacer que otras personas vean Edgar Degas Ilustración 6-1: Comparación del lado izquierdo de un ala real (38) con su modelo En la Ilustración 6-2, se comparan las fijaciones de las riostras y tirantes. El modelado de la cadena se ha realizado en otro de los proyectos relacionados, motivo por el cual no aparece en la imagen del modelo de CATIA. Ilustración 6-2: Comparación de la fijación de una riostra real (38) con su modelo 81 El alambre que atraviesa las riostras, así como la arandela y el alambre enrollado y soldado que lleva, se muestra en la Ilustración 6-3. . Ilustración 6-3: Comparación del alambre horizontal real (38) con su modelo Finalmente, en la Ilustración 6-4, se compara la estructura de riostras y tirantes del ala, así como del conjunto alar en general. Aparecen diferencias importantes debido a que el modelado de muchos elementos es objetivo de otros proyectos. Ilustración 6-4: Comparación del conjunto alar real (38) con su modelo 83 7 CONCLUSIONES on muchas las conclusiones que se pueden extraer de este proyecto, así como los usos que se le pueden dar a este modelo del conjunto alar del Flyer I. Durante el proceso de creación de este trabajo, ya sea creando el modelo en CATIA V5 o leyendo sobre la historia de la aviación, se han adquirido muchos conocimientos generales que ahora permiten obtener una visión del proyecto muy diferente a aquella que se tenía al principio del mismo. Si se hubiera comenzado ahora este trabajo, se podría reducir en gran medida el número de errores cometidos y el tiempo invertido en él. En este apartado se expondrán las conclusiones obtenidas de la realización de este trabajo, así como el futuro del mismo y los posibles usos del modelo. También se explicará la evolución que siguió este diseño de alas, y cuáles son las principales similitudes y diferencias con las actuales. 7.1 Mejoras En primer lugar cabría destacar la propia posible mejora del modelo. A pesar de haberse realizado de la mejor manera posible, la experiencia ayuda a encauzar el modelado desde el principio, reduciendo el tiempo de realización y obteniendo mejores resultados. En relación al recubrimiento de la estructura del ala, por ejemplo, cabría decir que se ha modelado sin tener un profundo conocimiento sobre todas las herramientas relativas al trabajo con superficies, así como sin disponer de mucha experiencia trabajando con estas. Además, en el tramo final del trabajo, una vez estaba montado el conjunto alar casi al completo, el rendimiento de CATIA cuando se intentaba mover la vista mostrando todo el ala dejaba que desear. Sin embargo, donde más se notó esta caída de rendimiento fue en el renderizado. Aunque renderizar el modelo completo demoraba igual que al principio del proyecto, al hacer zoom sobre ciertos detalles pequeños el tiempo de renderizado se disparaba, lo que ha dificultado la creación de algunas ilustraciones. Esto es hasta cierto punto comprensible teniendo en cuenta que el ordenador de trabajo no tenía una tarjeta gráfica potente, y que el modelo contaba con miles de elementos. También se podría mejorar el modelo añadiendo otros elementos que no se han modelado, ya sea por no aparecer en los planos o por decisiones ya justificadas. Aquí entrarían principalmente algunos nudos de S Una vez hayas volado, caminarás por la tierra mirndo al cielo, donde estuviste y donde tardarás en volver Leonardo da Vinci cordeles y alambres. Por lo comentado anteriormente, hay que reconocer que el modelo puede mejorarse y ser optimizado para ocupar menos espacio en disco. 7.2 Nuevos planos Una de las conclusiones más claras que se puede sacar de este proyecto es, sin duda, la creación de un nuevo set completo de planos. Quedaría repetitivo volver a reseñar todos los errores encontrados en los planos durante su implementación en CATIA. Además, estos errores no son exclusivos del conjunto de hojas que se han representado en este trabajo, sino que ha sido un tema comentado entre todos los compañeros que están modelando el resto de partes. Es por ello por lo que se hace necesaria la creación de una nueva versión actualizada de los planos con los errores, sobreacotaciones y discrepancias corregidas. Una forma rápida de crear estos planos sería a partir de los diferentes modelos creados. Sin embargo, dado que para modelarlos se han tenido que tomar decisiones en algunas medidas, lo más conveniente sería que se crearan de nuevo a partir del avión original. Por lo tanto, lo aconsejable sería que el NASM se dispusiera a crear los planos en la próxima oportunidad, la cual posiblemente sería durante un trabajo de mantenimiento o restauración a la aeronave. Además, las medidas deberían ser tomadas con herramientas de medición precisas, siendo inasumibles algunos de los rangos de errores que existen en los planos actuales. 7.3 Reconstrucción Uno de los usos que se le puede dar al futuro modelo completo del Flyer I sería el de usarlo como base para ayudar a una posible reconstrucción del modelo original, o a la construcción de una réplica, ya sea a tamaño real o a escala. En este caso se podría usar para consultar las diferentes partes que tiene y las relaciones entre ellas. Al ser más intuitivo, se comprendería mejor toda la estructura que mirando los planos exclusivamente. Aunque también se podría medir las distancias entre las partes, en este caso sería más directo usar los planos. Sin embargo, como se dijo en el apartado 7.2, estos planos tendrían que ser revisados y corregidos para poder ser usados correctamente. 7.4 Cultura Otro de los usos que se le podría dar sería el cultural, en los campos de educación e historia. En el ámbito educativo, el modelo serviría para conocer de manera más directa al primer avión que logró volar. Los alumnos podrían interacturar con el modelo para ver cada detalle desde las vistas elegidas. También tendría este modelo importancia histórica, ya que en él se contendría abundante información relevante acerca de esta aeronave tan importante. Es una forma de perpetuar esta importante construcción y de actualizar su información en un formato actual. 7.5 CATIA V5 Sobre el software usado, CATIA V5, cabría puntualizar dos hechos relevantes. En primer lugar, el aprendizaje del mismo. El tiempo dedicado a este trabajo y a rehacer y a corregir fallos ha dado como fruto un aprendizaje más profundo de CATIA. Sin embargo, dada la magnitud de este programa, la 85 sensación que da es la de estar arañando solo la superficie de todo su potencial. Es por ello por lo que queda muchísimo por aprender de este software, y parece que nunca se llegará a dominar del todo. En segundo lugar cabe destacar CATIA V5 como una herramienta muy potente, ya que ha demostrado gran precisión representando elementos diferentes y de tamaños muy diversos. 7.6 Computational Fluid Dynamics (CFD) Un importante uso que se le puede dar al modelo es el probarlo en un túnel de viento computacional, es decir, usando la CFD (Computational Fluid Dynamics). Esto es posible importando el modelo de CATIA V5 a algún programa para estudiar su aerodinámica, como puede ser el software Fluent de ANSYS. Un ejemplo de esto se muestra en la Ilustración 7-1: Ejemplo de análisis en FluentIlustración 7-1. Ilustración 7-1: Ejemplo de análisis en Fluent (52) Esto se pensó hacer como ejemplo para este trabajo, aunque se desistió debido a las complicaciones y a la falta de tiempo. Además, era algo opcional que se salía de los objetivos principales del trabajo. Otra opción, es la de usar una herramienta creada conjuntamete por ANSYS y Dassault Systèmes en la que se permite el uso de Fluent dentro de la interfaz de CATIA V5. Existen también otras herramientas de CFD que funcionan dentro de la interfaz de CATIA V5. Una de ellas, llamada FloE, se muestra en la Ilustración 7-2 a modo de ejemplo. 93