Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Autor: Adrián Servia Martínez Tutor: Manuel Morato Moreno Dpto. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 iii Proyecto Fin de Grado Ingeniería Aeroespacial Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Autor: Adrián Servia Martínez Tutor: Manuel Morato Moreno Profesor titular Dpto. de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 v Trabajo Fin de Grado: Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Autor: Adrián Servia Martínez Tutor: Manuel Morato Moreno El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2019 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis mis amigos A ti ix Agradecimientos En primer lugar, quiero agradecer a mi familia el haberme dado una educación ejemplar y haber sido un continuo apoyo en estos años, sin ellos nunca habría sido posible. También agradecer a mis amigos, los cuales me han dado unos maravillosos años de universidad y han estado siempre para ayudarme en los momentos más difíciles. Por otro lado, me gustaría agradecerle a mi tutor Manuel Morato, primeramente, por animarme a realizar este avión y también por haber estado siempre disponible cuando lo he necesitado y haberme guiado de la mejor forma posible para la correcta realización de este proyecto. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1.- Menú de Catia.- Mechanical Design 4! Figura 2.1.- Alexander Baumann 5! Figura 2.2.- Zeppelin-Staaken VGO.I 6! Figura 2.3.- Zeppelin-Staaken R.IV 6! Figura 2.4.- Fotografía Zeppelin-Staaken R.VI 7! Figura 3.1.- Restos del motor expuestos en Cracovia 9! Figura 3.2.- Maqueta 1 10! Figura 3.3.- Maqueta 2 10! Figura 3.4.- Maqueta 3 10! Figura 3.5.- The German Giants R-Planes 1914-1918 11! Figura 4.1.- Zeppelin-Staaken vista frontal 13! Figura 4.2.- Zeppelin-Staaken visto desde arriba 13! Figura 4.3.- Zeppelin-Staaken vista lateral 14! Figura 4.4.- Vista explosionada de la aeronave 15! Figura 4.5.- Estructura Completa Zeppelin-Staaken R.VI 15! Figura 4.6.- Estructura desde el perfil 16! Figura 4.7.- Estructura desde el alzado 16! Figura 4.8.-Estructura desde la planta 16! Figura 4.9.- Despiece estructura del avión 17! Figura 4.10.-Secciones tubulares del fuselaje. 18! Figura 4.11.-Esquema fuselaje del avión. 19! Figura 4.12.- Skecth del fuselaje, de perfil 20! Figura 4.13.- Superficies tubulares del fuselaje 20! Figura 4.14.- Tubos y cables del fuselaje. 21! Figura 4.15.- Sketch sección larguero 21! Figura 4.16.- Esqueleto del fuselaje 22! Figura 4.17.- Esqueleto del fuselaje con más detalle 22! Figura 4.18.- Estructura del fuselaje pintada 22! Figura 4.19.- Superficie de la cola 23! Figura 4.20.- Superficie del tejado 23! Figura 4.21.- Superficie de la cabina 24! Figura 4.22.- Pad de la punta 24! Figura 4.23.- Techo de la cabina 25! Figura 4.24.-Dibujo del Zeppelin-Staaken R.VI 25! xvii Figura 4.25.- Hueco cilíndrico trasero 26! Figura 4.26.- Hueco cilíndrico delantero 26! Figura 4.27.- Foto de las ventanas del avión. 27! Figura 4.28.- Ventanas del fuselaje 27! Figura 4.29.-Foto de la maqueta del interior del fuselaje 28! Figura 4.30.- Sketch tanques de combustible 28! Figura 4.31.- Tanques de combustible 29! Figura 4.32.- Interior de la cabina 29! Figura 4.33.-Asiento de los Pilotos 30! Figura 4.34.-Asientos de la cabina 30! Figura 4.35.- Volantes de la cabina 31! Figura 4.36.- Cajón con botones de la cabina. 32! Figura 4.37.- Detalles del interior de la cabina. 32! Figura 4.38.- Fabricación de la estructura alar 33! Figura 4.39.- Dibujo perfil del ala 33! Figura 4.40.-Silueta del perfil elegido. 34! Figura 4.41.- Tabla de puntos del perfil. 34! Figura 4.42.- Sketch del perfil escalado. 35! Figura 4.43.- Sketch del perfil con huecos y vigas. 35! Figura 4.44.- Sketch de los tres perfiles del semi-ala 36! Figura 4.45.- Sólido con huecos del semi-ala superior 36! Figura 4.46.- Sketch para obtener costillas 37! Figura 4.47.-Costillas semi-ala superior. 37! Figura 4.48.- Costillas y vigas semi-ala superior. 38! Figura 4.49.-Ala Superior 38! Figura 4.50.-Detalle costillas y viga 38! Figura 4.51.- Pieza central del ala 39! Figura 4.52.- Barras pieza central del ala. 39! Figura 4.53.- Estructura del ala supeior pintada 40! Figura 4.54.- Ala Superior Completa 40! Figura 4.55.- Sólido sin huecos del semi-ala inferior 41! Figura 4.56.- Sólido con huecos 41! Figura 4.57.- Costillas del semi-ala inerferio 42! Figura 4.58.- Costillas y vigas semi-ala inferior 42! Figura 4.59.- Detalle costillas y viga 43! Figura 4.60.- Ala inferior 43! Figura 4.61.- Estructura ala inferior con color 44! Figura 4.62.- Ala inferior completa 44! Figura 4.63.-Fotografía de los montantes del ala 45! Figura 4.64.- Puntal rectangular 45! Figura 4.65.- Puntales y cables de acero 46! Figura 4.66.- Montantes y cables con color 46! Figura 4.67.-Fotografía del tren de aterrizaje principal 47! Figura 4.68.- Fotografía del tren de aterrizaje delantero 47! Figura 4.69.- Estructura tubular tren de aterrizaje principal 48! Figura 4.70.- Plataforma superior de la estructura del tren de aterrizaje principal 49! Figura 4.71.- Tren de aterrizaje principal con cables 49! Figura 4.72.- Estructura del tren de atrrizaje principal 50! Figura 4.73.- Recorte del libro sobre los datos de la rueda 51! Figura 4.74.- Llanta de la rueda del tren de punta 51! Figura 4.75.- Llanta de la rueda del tren principal 51! Figura 4.76.- Neumático del tren principal 52! Figura 4.77.- Neumático del tren de punta 52! Figura 4.78.- Tren de aterrizaje delantero, vista lateral 53! Figura 4.79.- Tren de aterrizaje delantero, vista frontal 53! Figura 4.80.-Foto góndola del motor 54! Figura 4.81.- Esquema del motor. 55! Figura 4.82.- Anillos de la góndola del motor. 55! Figura 4.83.- Góndola con espesor 56! Figura 4.84.- Hueco para la hélice 56! Figura 4.85.- Góndola con detalles 57! Figura 4.86.- Góndola del motor con color 57! Figura 4.87.- Recorte del dato del libro 58! Figura 4.88.- Foto de la hélice 58! Figura 4.89.- Foto otra hélice 59! Figura 4.90.-Hélices con cuatro palas. 59! Figura 4.91.- Eje de la hélice 60! Figura 4.92.- Helice del avión 60! Figura 4.93.- Hélice con color 61! Figura 4.94.- Fotografía de los estabilizadores 62! Figura 4.95.- Esquema del estabilizador horizontal 62! Figura 4.96.-Sketch del perfil del estabilizador horizontal 63! Figura 4.97.- Perfiles del estabilizador escalados. 64! Figura 4.98.- Sólido con huecos 64! Figura 4.99.-Sketch para hacer las costillas 65! Figura 4.100.-Estabilizador horizontal sin parte central 65! Figura 4.101.-Parte central del estabilizador horizontal 66! Figura 4.102.- Estabilizador horizontal superior completo 66! xix Figura 4.103.-Estrutura estabilizador horizontal superior pitando 67! Figura 4.104.- Estabilizador Horizontal superior 67! Figura 4.105.- Sketch del pocket 68! Figura 4.106.- Estabilizador horizontal inferior 68! Figura 4.107.- Estructura estabilizador horizontal inferior pintado 69! Figura 4.108.- Superficie del estabilizador horizontal inferior 69! Figura 4.109.- Estabilizador Horizontal inferior pintado 70! Figura 4.110.- Esquema estabilizador vertical 71! Figura 4.111.- Sketchs estabilizador vertical 71! Figura 4.112.- Superficies de los tubos 72! Figura 4.113.- Estabilizador vertical 72! Figura 4.114.- Estructura del estabilizador vertical pintada 73! Figura 4.115.- Estabilizador vertical con superficie 73! Figura 4.116.- Constraints 74! Figura 4.117.- Manipulation 74! Figura 4.118.- Ala inferior 75! Figura 4.119.- Ala superior 75! Figura 4.120.- Góndola 75! Figura 4.121.- Estructura del motor y cables 76! Figura 4.122.- Montantes entre alas 76! Figura 4.123.- Hélices 77! Figura 4.124.- Tren de aterrizaje 77! Figura 4.125.- Simetría entre las dos alas 78! Figura 4.126.- Establizador horizontal inferior 78! Figura 4.127.- Estabilizadores Horizontales 79! Figura 4.128.- Estabilizador Vertical 79! Figura 4.129.- Estabilizadores verticales 80! Figura 4.130.- Modelado completo 80! Figura 4.131.- New Manikin 81! Figura 4.132.- Humano 81! Figura 4.133.- Posture Editor 82! Figura 4.134.- Pilotos en los asientos 83! Figura 4.135.- Tripulante en la punta del avión 83! Figura 5.1.- New Drawing 85! Figura 5.2.- Planos de planta 86! Figura 5.3.- Planos del perfil 87! Figura 5.4.- Planos del alzado 88! Figura 5.6.- Plano planta de la estructura del avión 90! Figura 5.7.- Plano perfil estructura del avión 91! Figura 5.8.- Plano alzado estructura del avión 92! Figura 6.1.- Modelo Zeppelin-Staaken volando 93! Figura 6.2.- Imagen real del Zeppelin-Staaken R.VI 93! Figura 6.3.- Estructura del avión 94! 1 3 1 INTRODUCCIÓN El docuemento que se presenta a continuación consiste en un trabajo de arqueología aeronáutica. Es la recuperación del patrimonio histórico de la aeronave, basándose en libros, fotografías de la época, esquemas… es decir, de toda la información existente a cerca de la aeronave. La recuperación se va a llevar a cabo a través del Software Catia V5 R.19, el cual permite la ejecucion de la tarea de forma perfecta, ya que es uno de los programas más potentes del mercado. El avión seleccionado para esta tarea es el Zeppelin-Staaken R.VI, un importante bombardero alemán usado en la Primera Guerra Mundial que se caracteriza por ser uno de los aviones más grandes de la época. 1.1 Propósito La elaboración de este proyecto lleva consigo una serie de objetivos, los cuales se enumeran a continuación. • La recuperación del patrimonio histórico del avión. Como se verá a lo largo del trabajo este avión de avanzada edad, y pocas unidades, tiene muy pocos datos sobre él, y es muy interesante realizar una recreación de este, a partir de los datos que se pueda conseguir. • El aprendizaje y mejora en el uso del software Catia V.5. Gracias a la elaboración de este trabajo, se hará un progreso en la utilización personal de esta herramienta. • La obtención de planos. A lo largo del trabajo se verá como hay una gran dificultad a la hora de obtener información porque se carecen de planos. Gracias al módelo se podrán obtener una serie de planos que podrán servir de utilidad. Es decir, lo denominado Ingeniería Inversa. • Obtener conocimientos sobre la aeronáutica de la época. Gracias a la investigación que se lleva a cabo se obtendrá un amplio conocimiento sobre este tipo de aeronaves. 1.2 Metodología empleada La herramienta que se va a utilizar para la elaboración de este modelo, como ya se ha adelantado, es el programa Catia V5. Hoy en día, existe una gran diversidad de programas de diseño en 3D, tales como Solid Work, Solid Edge…por lo que se podría haber elegido otro. Sin embargo, la elección de este software viene dada por una serie de motivos. El principal, es que es el único que se cursa en el Grado de Ingeneria Aeroespacial, y por lo tanto es del que dispongo más conocimientos. No obstante, este programa además es el utilizado por grandes compañías en el mundo de la aeronáutica, tales como, Airbus o Boeing. Otros motivos mas concretos que han ayudado para decidir que esta herramienta es la correcta para esta tarrea, es su potente módulo de superficies (de lo más importantes del mercado), conocido como Wireframe and Surface Design, el cual será de gran utilidad cuando haya que modelar zonas mas complejas. Introducción 4 Al ser una herramienta tan potente dispone de infinidad de módulos. Los distintos módulos usados se verán ya con mayor detalle en el apartado que se trata el modelado en Catia. No obstante, se pueden diferenciar tres tipos distintos de herramientas (se han usado más) de todas las que tiene el software por encima de las demás. Estas son los módulos: • Part Design à Se emplea para realizar cualquier tipo de pieza sólida. • Wireframe and Surface Design à Se emplea para trabajar con superficies. • Assembly Design à Se emplea para unir las distintas piezas Figura 1.1.- Menú de Catia.- Mechanical Design 5 2 EL ZEPPELIN-STAAKEN R.VI En este capítulo se va a describir el Zeppelin-Staaken R.VI, es decir, el avión en el que se ha basado este proyecto. Se explicará su historia, así como las características y los datos mas importantes de este avió. 2.1 Introducción El Zeppelin-Staaken R.VI fue un bombardero pesado alemán. Se caracterizaba por su enorme envergadura, además era biplano y cuatrimotor. Fue construido por la firma Zeppelin-Staaken, la cual estaba en Gotha, y usado por el Ejercito Imperial (Luftstreitkräfte) durante la Primera Guerra Mundial. 2.2 El nacimiento del avión Los orígenes de este avión datan de 1914, que es el año en el que comienza la Primera Guerra Mundial. En el bando alemán se empezó a barajar la idea de construir aviones de grandes dimensiones que actuaran como bombarderos. Estas ideas se fueron cuajando cada vez más, hasta tal punto que se creó, junto al grupo de ingenieros de la firma Robert Bosch GmbH, el consorcio Versuchsbau Gotha-Ost (VGO). Este consorcio se ubicó en Gotha. Alexander Baumann (1875-1928), ingeniero aeronáutico alemán, fue el encargado de dirigir el proyecto de la construcción de estos bombarderos. Este tipo de avión ‘gigante’ era conocido en términos alemanes como Riesenflugzeug. Figura 2.1.- Alexander Baumann El Zeppelin-Staaken R.VI, como es lógico, no fue el primer bombardero que fabricó esta compañía. El primer avión ‘gigante’ fue el VGO.I, cuyo nombre era el mismo que tenía el consorcio que se fundó para la construcción de estos aviones. Los inicios de la construcción del VGO.I se remontan a septiembre de 1914. Este avión fue el que marcó el estilo a seguir para los futuros bomabrderos, es decir, fue una guía sobre su tamaño y forma. Documentación de partida 12 13 4 DISEÑO EN CATIA n este capítulo se va a describir la realización de la aeronave en la herramienta Catia V5. Las diferentes partes de este capitulo describen el modelado pieza a pieza. Se comienza explicando la parte que se modela al completo, y luego se entra en detalle de los distintos procesos. Sin embargo, para entender mejor cada elemento, en primer lugar, se presenta la aeronave al completo, y posteriormente cada parte que la conforma. 4.1 El avión En primer lugar, como ya se ha comentado se va a realizar una presentación completa del avión, sin tener en cuenta como se ha obtenido cada parte. Figura 4.1.- Zeppelin-Staaken vista frontal Figura 4.2.- Zeppelin-Staaken visto desde arriba E Diseño en Catia 14 Figura 4.3.- Zeppelin-Staaken vista lateral Como se puede apreciar el avión consta de un fuselaje principal, el cual mide aproximadamente 21 metros de largo, como se verá a continuación este fuselaje este compuesto de distintas secciones. La aeronave consta también de doble ala, ambas de unos 40 metros de envergadura, con un poco de estrechamiento y la de abajo con diedro positivo. Estas alas están sujetas por una serie de montantes de madera y cables de acero para aguantar las tensiones. Estas alas están atravesadas por una estructura de barras la cual tiene una doble función, sirve de sujeción de la góndola del motor y también para llevar el tren de aterrizaje principal. Con respecto al tren de aterrizaje podemos diferenciar dos, el que se encuentra en las alas, que es el principal y este compuesto de ocho ruedas, y luego el de la punta, cuya función principal es evitar el contacto del morro con el terreno a la hora de aterrizar. En referencia al grupo motor de la aeronave, está compuesto por dos motores dobles, es decir, son dos góndolas que tienen dos motores en su interior cada una, y por tanto tienen hélices en ambos extremos de la góndola del motor. Por último, hay que destacar la cola del avión, compuesta por un estabilizador horizontal doble y el vertical doble también. 15 15 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Una vez se conoce la forma y el aspecto que tiene el modelado parte se muestra a continuación una imagen en donde se ven las distintas partes de la que consta el modelo desarrollado en este proyecto. Figura 4.4.- Vista explosionada de la aeronave Las imágenes anteriormente mostradas corresponden a la aeronave totalmente montada, es decir, con todas las superficies que recubren las distintas estructuras. Entonces, ahora, se van a mostrar una serie de imágenes que representan el avión al completo, pero estructuralmente. Figura 4.5.- Estructura Completa Zeppelin-Staaken R.VI Diseño en Catia 16 Figura 4.6.- Estructura desde el perfil Figura 4.7.- Estructura desde el alzado Figura 4.8.-Estructura desde la planta 17 17 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Por último, antes de comenzar la explicación de como se ha realizado cada pieza, se vuelve a presentar otro despiece de la aeronave, pero esta vez, es la estructura del avión lo que se despieza. Figura 4.9.- Despiece estructura del avión Diseño en Catia 18 4.2 El fuselaje El fuselaje es uno de los elementos fundamentales de la aeronave, por no decir el más importante, y eso implica que su diseño sea de los más complejos debido a todas las partes que los componen. El modelado del fuselaje se puede dividir en distintas partes. Se puede hablar en primer lugar de la creación de la estrucutra del fuselaje, compuesta por las barras tubulares de las distintas secciones, los cables de acero, y los largueros rectangulares de madera. Una vez se tiene la estrucutra, el siguiente paso consiste en crear las cubiertas del fuselaje, tanto de la parte delantera como de la cola. Por último, se realizan todos los detalles incluidos en el fuselaje. 4.2.1 Estrucutra del fuselaje La estructura del fuselaje es una de las partes fundamentales del fuselaje. Se sabe, a través de la información proporcionada por el libro y los distintos documentos utilizados, que el fuselaje estaba compuesto por varias partes, tenía una serie de secciones transversales las cuales eran de tubos metálicos. Estas secciones estaban unidas a través de cuatro largueros de sección rectangular de madera. Además, las secciones de la cola constaban de unos cables de acero que servían de refuerzos para las tensiones. La forma de las distintas secciones se ha obtenido de unos planos (dibujos) realizados en la época, que son los siguientes: Figura 4.10.-Secciones tubulares del fuselaje. Las letras que aparecen en el centro de los esquemas hacen referencia a la colocación de la sección a lo largo del avión. También se observa con claridad por donde pasan los largueros rectangulares anteriormente comentados, ya que se ven los rectángulos en las esquinas de las secciones. Las secciones finales de la cola del avión se han considerado como la I, y van disminuyendo de tamaño proporcionalmente, de sección a sección para obtener la forma de la cola. 19 19 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Junto a las secciones tubulares, se encontraban también los cables de acero, que sirven como refuerzo. La distribución de los cables se puede intuir de la siguiente imagen: Figura 4.11.-Esquema fuselaje del avión. De la imagen anterior se intuye claramente como es la distribución de los cables de refuerzo. Lateralmente están posicionados de forma diagonal a lo largo de toda la aeronave, tanto en la cola como en la parte frontal. Desde la vista en planta, sin embargo, se aprecia como solo hay cables en la parte superior e inferior de la estructura en la parte de la cola. Con respecto a los datos númericos del grosor de los cables y de los tubos no se tiene información explicita, al ser muy finos no se puede aplicar una escala en los planos de lo que se dispone ya que no es nada preciso, por tanto, se opta por intuirlos con lógica. Los cables tienen un grosor de 8 mm y las barras de 40 mm. Por otra parte, respecto a las medidas de las secciones si se han podido hacer de forma más precisa. Esto es así porque gracias a los esquemas de las secciones y el conocimiento de la altura del fuselaje se ha podido aplicar un factor de escala y obtener las distintas medidas. Las secciones más altas miden 2 metros y la más ancha 1.8 metros. Luego las secciones de la cola se han ido reduciendo las medidas gradualmente, ya que esta disminuye proporcionalmente. A continuación, se explica cómo se ha llevado a cabo el modelado de esta parte en Catia. En primer lugar, se realizan los Sketchs de todas las secciones que conforman el fuselaje. Estos Sketches se hacen en planos que previamente han sido colocados paralelamente unos a otros, existiendo entre ellos la distancia correspondiente entre cada sección. Estas distancias se han obtenido a través de un plano en papel, y conocida la longitud del fuselaje, se ha escalado y se ha medido a mano. Con todos los Sketch hechos, se hace líneas que unan los vértices correspondientes a donde irían situados los cables de acero. Diseño en Catia 20 Figura 4.12.- Skecth del fuselaje, de perfil Una vez se tienen todos los Sketchs preparados se pasa a generar las superficies. Para generarlas se usarán dos procedimientos distintos. Para las secciones transversales se usa la orden Cilinder y para los cables se usa Sweep. Realmente es mucho más cómodo usar la segunda, ya que para Cilinder necesitas conocer la longitud de la línea sobre la que se va a generar el cilindro. Sin embargo, hay que usarla en las secciones transversales, ya que están generadas en el mismo Sketch y si se ejecuta la orden Sweep aparece un error que hace referencia a que no se puede generar el cilindro. Entonces hay que hacerlo línea a línea. Sweep es más cómoda, porque simplemente hay que seleccionar el Sketch donde se quiere generar la superficie cilíndrica y el radio de esta. Una vez se ha tenido lo anterior en cuenta, se ejecutan las distintas órdenes y se obtiene el resultado mostrado a continuación. Figura 4.13.- Superficies tubulares del fuselaje Las superficies han sido generadas en el módulo Wireframe and Surface, pues ahora se cambia de módulo y se pasa al Part Design con el objetivo de dar espesor a dichas superficies generadas y crear los sólidos. Como ya se ha comentado anteriormente, hay dos espesores diferentes. Con la orden Thick Surface se le da un espesor de 2 mm a los cables y 5 mm a los tubos. Obteniendo el siguiente resultado: 21 21 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Figura 4.14.- Tubos y cables del fuselaje. Con los tubos y cables ya con espesor, se crean los largueros rectangulares, para ello se crean secciones rectangulares de 40x50mm en los distintos vértices de las secciones por los que pasan, es decir, en los vértices de los extremos, y en las secciones C y D hay unos largueros rectangulares a la altura de la sección B. Figura 4.15.- Sketch sección larguero Con todos los Sketch creados, se usa la orden Multisection Solid parar generar el sólido que une todos los rectángulos creados. Se tiene que hacer uno a uno, excepto en las secciones finales de la parte delantera ya que al medir el mismo ancho y altura van a coincidir unos con otros. La generación de los largueros de esta forma ayuda a eliminar el problema que se puede intuir de la imagen superior, el hueco que se queda entre los cilindros en las esquinas queda eliminado cuando lo atraviesa el larguero. En las secciones finales, se hace un Pad con la forma de la sección, para que sobre salga un poco y de ese modo usarlo como base para poner el recubrimiento de tela, y además es lo lógico, ya que es normal que el final del larguero sobre salga un poco. Diseño en Catia 28 Figura 4.29.-Foto de la maqueta del interior del fuselaje El libro dice que los tanques de combustible estaban dispuestos en dos líneas, paralelos unos a otros y eran ocho o diez, en función del combustible necesario para la operación. Estaban situados en la parte central del fuselaje. Esto coincide con lo presentado en la imagen de la maqueta del interior del fuselaje. El dato que proporciona más interesante y que resulta de mucha utilidad es la capacidad máxima de combustible de estos. La misión que más combustible llevaba, cargaba sobre 3200 litros, este dato nos permite hacer una recreación con bastante exactitud de aquellos tanques. Sabiendo que el ancho del fuselaje es de 1.80 metros en la parte en la que se sitúan los tanques, y que para que pase una persona de forma cómoda entre ellos, tiene que haber entre 60 o 70 centímetros. Se puede realizar un sencillo cálculo: 3200 !"#$%& 10 !"#$%&' =320 !"#$%&/!"#$%& Esto lleva a que unas dimensiones adecuadas para que tenga esa capacidad son las siguientes: !"#$% !"# !"#$%& =25!" !"#$%& !"# !"#$%& =160 !" Sin embargo, como los tanques no irían al completo 100%, y para seguir poniendo unas dimensiones ‘’redondas’’ se opta por realizarlos de: !"#$% !"# !"#$%& =30!" !"#$%& !"# !"#$%& =140 !" Figura 4.30.- Sketch tanques de combustible 29 29 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Figura 4.31.- Tanques de combustible El diseño de la parte interna cabina y los mandos de control, en vez de hacerlo sobre el mismo fuselaje se optan por realizarlo en un Part aparte, ya que al estar todo el fuselaje es complicado porque se tratan de piezas más pequeñas. Figura 4.32.- Interior de la cabina Para ello lo primero que se hace es medir el espacio que debe ocupar en la cabina los elementos que se van a diseñar. Con esto se hace un ‘’suelo’’ de espesor mínimo que lo usaremos como base para sobre el colocar todos los elementos y de este modo que a la hora de añadirlo al Product sea mucho más sencillo. Una vez tenemos la base, se crea un Skecth en la punta curva de la base que simula la parte delantera del interior de la cabina, y se le aplica un Pad con una medida similar a la altura de la punta del avión. Diseño en Catia 30 Con respecto a los asientos de cabina, no se dispone de planos (ni acotados, ni sin acotar), simplemente hay imágenes en donde no hay una visión completa de estos. Sin embargo, los asientos no son una pieza fundamental del avión, y se pueden generar con conocimientos básicos, ya que, a partir del tamaño medio de una persona, el ancho de la cabina, y la distribución visual de esta, se puede intuir las dimensiones de este. Figura 4.33.-Asiento de los Pilotos Como se puede apreciar, el asiento es una estructura básica de respaldo, base y apoya brazos (posiblemente una sola pieza de madera), la cual está cubierta por tela o piel. Con una base cuadrada en forma de celosía. Por lo tanto, el diseño en Catia es bastante simple. Se crea un cubo de 50cm x 50cm el cual será la base del asiento. Sobre este, para crear los huecos se hacen en dos caras contiguas dos Sketch que se usaran para hacer un Pocket y simular esa especie de ‘’celosia’’. Luego sobre esta base se hace un nuevo cubo en el que se le hacen los Pockets necesarios, y redondeos en los extremos para que simule el asiento. Figura 4.34.-Asientos de la cabina 31 31 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Al ser todo un mismo Part no se puede aplicar materiales diferenciados, por lo tanto, se les aplican distintos colores a las piezas para así diferenciarlas y que se ajusten en mayor medida a la realidad. Luego para los dos asientos restantes se aplica simetría respecto a los ejes correspondientes y de este modo se obtienen todos los asientos del avión. El libro de referencia da una serie de explicaciones al respecto de la cabina. Comenta que el R.VI disponía de dos volantes tipo automóvil, como se puede ver claramente en la imagen. También en la especie de ‘’caja de cambios’’ tenía el botón de encendido maestro, el cual estaba cubierto y se encontraba detrás de los aceleradores. Sobre la barra de metal, rasante al suelo se puede intuir que se dispondrían sobre ella los pedales para controlar la aeronave, los cuales irían unidos mediante cables de acero, a la rueda que vemos sobre la misma superficie que el botón de encendido maestro. Además, en la imagen se ve algunos indicadores, que podrían ser altímetros, una brújula para la navegación, un velocímetro, un medidor de temperatura de los motores, un reloj o el elemento más innovador que llevaba este tipo de aviones, el horizonte artificial, el cual ayudaba a medir el ángulo de alabeo de la aeronave. Todos los indicadores mencionados estaban en este avión. Para la realización de la base del panel de mandos, se ha tomado como referencia el ancho de la estructura de acero y el largo de la sección en la que se encuentra la cabina del piloto. La base es de madera, e incluye los orificios necesarios para insertar los distintos elementos mencionados. No obstante, a pesar de disponer de esta información, el modelado va a ser simplificado ya que incluir los cables y ruedas sería demasiado elaborado. Para crear los volantes se realiza en primer lugar una barra sobre la que estos van apoyados y sobre esta un disco. Al disco se le hacen 4 huecos y se le da un radio elevado de redondeo, obteniendo de este modo un volante similar al de las imágenes. Por último, se le aplica un color al igual que el resto de piezas de la cabina, y se le hace simetría al primero para obtener el segundo Figura 4.35.- Volantes de la cabina Diseño en Catia 32 También se han hecho algunos detalles para que aparente más ser una cabina. Por ejemplo, se ha realizado un cajón con botones, el cual se puede apreciar en alguna fotografía de la cabina del avión y en el que esta el botón de encendido maestro, del que el libro habla. Figura 4.36.- Cajón con botones de la cabina. Ya con todas las piezas creadas sobre la base, se le aplican colores a las partes que no tienen y en el Product, se ensambla al resto del fuselaje con las constraints correrspondientes. El resultado es el siguiente: Figura 4.37.- Detalles del interior de la cabina. 33 33 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 4.3 Las Alas En este apartado se presentan las dos alas de la aeronave. Estas son una de las partes más características del avión debido a su gran tamaño, ya que tienen sobre 42 metros de envergadura. Otra característica importante es que las alas son dobles, son muy parecidas, pero no iguales. A continuación, se explican las dos alas por separado. 4.3.1 Ala superior El primer paso para hacer el ala es hacer su estrucutra. Para la correcta realización de la estructura alar, se han tenido en cuenta los planos de los que se disponían, y con ellos aplicando una escala se han podido obtener las medidas del ala de la forma más correcta posible. Además, el libro de referencia incluye algunas imágenes que ayudan a clarificar como era la estructura del ala. En la imagen que se añade a continuación se puede ver cómo eran las costillas desnudas del avión en pleno proceso de fabricación. Figura 4.38.- Fabricación de la estructura alar Otra imagen de la que se dispone la cual es muy interesante, es un esquema hecho a mano de la costilla del ala. Este da gran iformacion a cerca de como es la forma de esta y sus características. Figura 4.39.- Dibujo perfil del ala Diseño en Catia 34 Otro dato, que se extrae del libro y el cual es muy útil para la realización del ala, es la medida de la cuerda raíz y punta. Cuerda Longitud (ft) Longitud (m) Interior 15.1 4.6 Exterior 11.1 3.6 Tabla 4-1.- Medidas de los perfiles del ala Antes de pasar al modelado en Catia, se ha buscado información acerca de distintos perfiles, registrados en una página web, para ver cual se asemeja al utilizado en esta aeronave. Al ser una aeronave tan antigua, como es lógico su perfil no tiene ningún nombre distintivo ya que no se trata de un NACA, por ejemplo. Sin embargo, al filtrar por el nombre Staaken, aparecen varios perfiles, y uno de ellos se asemeja bastante al del avión (ya que la página además de los puntos proporciona una imagen de este). Figura 4.40.-Silueta del perfil elegido. Se decide tomar el siguiente, por su similitud geométrica. Además, la web proporciona una serie de puntos que son los que conforman la geometría del perfil. Figura 4.41.- Tabla de puntos del perfil. 35 35 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Con la lista de puntos, a través de las macros de Excel, se puede abrir la lista de puntos desde Catia, esto significa, que los puntos aparecen en el Part, en el cual se está trabajando y se puede realizar un spline y tener la forma del perfil. Una vez que se ha introducido el perfil en Catia, se debe de escalar y poner al tamaño adecuado. En primer lugar, se va a diseñar el perfil del ala en la raíz, el cual mide 4.6 metros. Por lo que usando la función scale, se obtiene dicho perfil. Figura 4.42.- Sketch del perfil escalado. Ese primer perfil, es el que se usará como base para los siguientes. Sobre el perfil se realizan el diseño de las distintas vigas que atraviesan a estos. Como de las vigas, no se tiene información explicita, se han supuesto rectangulares, y gracias a la imagen superior, se ha podido estimar el tamaño, y la posición de estas. Para el desarrollo del ala superior se ha seguido el siguiente proceso: En el plano principal, se realiza como ya se ha explicado el contorno del perfil, las vigas, y como este perfil, tiene una celosía, se realizan los triángulos (en distintos Sketchs para luego usar el Multisection Remove), que simulen dicha celosía. Figura 4.43.- Sketch del perfil con huecos y vigas. Luego, como el ala, antes de comenzar la reducción del perfil (flecha) tiene una parte que es totalmente rectangular, se añade un plano paralelo al anterior, exactamente a 3.4 metros, del otro. Este dato se obtiene de los distintos planos y datos existentes. En ese nuevo plano, se copia el perfil, los triángulos y las vigas, y no haría falta escalarlo ya que es igual que el original, puesto que hasta ese punto el ala es recta y rectangular. El siguiente paso es crear el perfil de punta, junto con las vigas y los triángulos correspondientes. Para ello se crea un plano a 17.1 metros del último creado, y se realiza un proceso similar al anterior, pero en este caso, como el perfil en la punta mide 3.6 metros, se aplica un factor de escala a los distintos elementos. El factor de escala a aplicar es el siguiente: !"#$%& !" !"#$%$ =!.! !.! =0.7826 Diseño en Catia 36 Este número se mete en la herramienta scale, en la cual además hay que seleccionar un punto desde el cual se aplica la reducción de escala. Este punto es el final del perfil, ya que, si se tiene en cuenta la forma del ala, se puede observar como el ala solo sobre reducción de tamaño en el borde de ataque, mientras que la longitud del perfil con respecto al borde de salida del perfil raíz se mantiene constante. Figura 4.44.- Sketch de los tres perfiles del semi-ala Una vez se tienen los tres perfiles, con sus respectivas medidas en los tres planos, se usa la orden Multisection Solid la cual genera un sólido con la forma de los perfiles, el cual mide 20.5 metros. Cómo falta hacer la forma de celosía que tienen los perfiles, se utiliza la herramienta, multisection remove. Y se obtiene el siguiente resultado. Figura 4.45.- Sólido con huecos del semi-ala superior 37 37 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Ahora, hay que hacer las costillas. De los planos se obtiene que hay 38 perfiles. Un dato que se va a suponer es el espesor del perfil, el cual será de 25 mm. Para ello, se realiza un Sketch, que consiste en una sucesión de rectángulos con una separación entre ellos del espesor del perfil, y un ancho que coincide con la separación entre costillas. Figura 4.46.- Sketch para obtener costillas Como era un número elevado de rectángulos los necesarios se ha usado la herramienta translate que ha permitido realizar las copias con el equiespaciado adecuado. Por último se ejecuta la opción pocket y se obtienen las distintas costillas. Figura 4.47.-Costillas semi-ala superior. Diseño en Catia 44 Al contrario que la supeior, esta no necesita de una parte central, ni barras. Con la estructura ya finalizada, se le aplica un color para que simule la madera de la que está compuesta el ala. Figura 4.61.- Estructura ala inferior con color Para hacer el recubrimiento de esta ala la forma de proceder es prácticamente igual que la del ala superior. La única diferencia es que en este caso se ha optado por hacer el Multisection en una semi-ala, y luego con la orden Symmetry se ha llevado la superficie a la otra semi-ala. Posteriormente se le ha dado espesor y pintado del verde del avión consiguiendo el siguiente resultado. Figura 4.62.- Ala inferior completa 45 45 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 4.3.3 Montantes y cables de acero Las alas del avión están unidas entre sí a través de puntales de maderas que tienen la función de mantener la estructura y posición de las alas. A parte de la estructura que envolvía la góndola del motor (que también ayudaba a esta función) existían otros tres pares de puntales en cada semi-ala. Estos puntales iban desde el larguero inferior hasta el superior, y su altura y ancho iban disminuyendo a medida que se acercaba más a la punta del ala, debido a diedro positivo que ala tenía y al estrechamiento de los largueros sobre los que estos estaban apoyados. Concretamente estaban situados en los dos largueros internos. En la siguiente imagen se puede apreciar el aspecto que estos tenían. Figura 4.63.-Fotografía de los montantes del ala Aunque en el puntal tiene una estructura sencilla, su modelaje en Catia no lo es tanto. Para su realización, se ha optado por hacer un Part que incluya todos los puntales, para la hora de unir las piezas sea más cómodo. El primer paso que se da es añadir a un Product el ala superior y el ala inferior, y colocarlas como deben ir, ya que son la referencia que hay que seguir para hacer los puntales. En este Product se realizan medidas para saber dónde colocar los puntales. Se van a usar las costillas que se pusieron más juntas para colocarlos entre ellas. A continuación, se crea un nuevo Part en donde usando las medidas anteriores se hacen los distitntos Skecth rectangulares, a los que se le aplica un Pad para la creación de las columnas rectangulares. Figura 4.64.- Puntal rectangular Ya con el Part creado, se añade al Product dónde están las alas y si comprueba si están bien colocadas las columnas. Como era evidente, a la primera no salió, pero se hacen las modificaciones necesarias hasta que se ajuste de la forma adecuada. Y así se obtienen los puntales. Otro elemento, que aparece entre las alas son los cables que soportan las tensiones. Para la creación de estos cables existen varias posibilidades, pero por la que se opta es hacerlos en el mismo Part que las vigas, ya que Diseño en Catia 46 se van a usar estas para su realización. El procedimiento seguido consiste básicamente en hacer unas líneas con el comando Line que una los distintos vértices de las columnas, de forma que sean cruzadas. Una vez que se tienen las líneas se pasa al módulo Wireframe and Surface Design, en dónde con el comando Sweep se crean las superficies con un radio de 2mm. Luego se pasa al módulo Part Design para dar espesor a la superficie. Se decide darle un espesor de radio 2 mm. Figura 4.65.- Puntales y cables de acero De este modo se optiene esa primera parte de cables de acero y puntantes de alas, se les aplica color. Marron para la madera de los montantes y gris para los cables de acero, y se obtiene el siguiente resultado. Figura 4.66.- Montantes y cables con color Observando la última imagen, se puede ver como tiene una gran similitud a la imagen presentada al inicio de esta sección. 47 47 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 4.4 El tren de aterrizaje El tren de aterrizaje de esta aeronave debe de ser bastante robusto, debido a las dimensiones y peso de esta. Lo componen dos conjuntos de ocho ruedas, situadas debajo de cada motor, y dos ruedas en la punta, de menor diámetro, las cuales sólo se usaban para el aterrizaje para evitar que el morro colisionara con el suelo. A continuación, se muestran unas imágenes del avión original, tanto del tren debajo de los motores, como de las ruedas delanteras. Figura 4.67.-Fotografía del tren de aterrizaje principal Figura 4.68.- Fotografía del tren de aterrizaje delantero Para el diseño en Catia de estas piezas, se diferencian varias partes. Se explica la estrucutra del tren delantero, la del tren principal, y la de las ruedas por separado. 4.4.1 Tren de aterrizaje principal El tren de aterrizaje principal tiene una estrucutra bastante curiosa. Esto es así, ya que la misma estructura del tren de aterrizaje, es la encargada de sujetar el motor entre las dos alas. Para conocer las medidas de esta estrucutra, se ha usado un plano a papel y se ha aplicado el correspondiente factor de escala, para de ese modo obtener las medidas reales. Diseño en Catia 48 Para el diseño en Catia se sigue el siguiente procedimiento; En primer lugar, se colocan en el mismo Product las dos alas, y la góndola de motor, en sus respectivas posiciones, para comprobar que lo que se está haciendo en el Part donde se diseña la estructura del tren y la góndola es correcto. En el Part, se hacen los planos necesarios, donde se ponen los puntos que hacen falta para posteriormente unir con líneas, y asi tener el Skecth de la estructura. Con el Sketch ya listo, y comprobado en el porduct que coincide donde debe estar, se pasa al módulo Wireframe and Surface Design, y se sigue el procedimiento habitual para generear las superficies tubulares. Es decir, se usa la orden Sweep, y luego cambiando de módulo, se le da un espesor. Se va a suponer que todos los tubos tienen el mismo diámetro, esxcepto los cables de aceros que forman parte de la estrucutra, y en el que van las ruedas. Figura 4.69.- Estructura tubular tren de aterrizaje principal En la parte superior de este, se hace una plataforma rectangular que va incluida entre dos costillas del ala superior, y es donde va a parar la estrucutra tubular. Para hacerla simplemente hay que hacer un pad en la parte superior, a un Sketch rectangular que tenga las medidas del espacio entre dos costillas. 49 49 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Figura 4.70.- Plataforma superior de la estructura del tren de aterrizaje principal Por último, este Part, también incluye un par de cables de acero que van de la estrucutra tubular hasta la plataforma central del ala superior, y otro par de cables de acero que van a parar a los montantes del ala. Para el diseño de estos cables, se ha usado el procedimiento de poner las partes en un Product y haciendo las medidas correspondientes ir diseñando los cables en el Part que incluye el tren de aterrizaje. Figura 4.71.- Tren de aterrizaje principal con cables Diseño en Catia 50 Con el diseño de la estructura finalizado, y tras comprobar que encaja a la perfección con la góndola y las alas de la aeronave, se le aplica color, quedando la siguiente pieza. Figura 4.72.- Estructura del tren de atrrizaje principal 51 51 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 4.4.2 Ruedas y llantas Gracias a los datos visuales que se observan en las primeras fotografías de este apartado y con el conocimiento del diámetro de la rueda, se puede pasar a la realización de su diseño en Catia. La rueda mide 1.02 metros de diámetro, tal y como indica el libro de referencia. Figura 4.73.- Recorte del libro sobre los datos de la rueda Para la realización de la rueda, se hacen dos Bodys independientes y luego se unirán. Uno de ellos es el neumático y el otro la llanta. Estos son creados en su totalidad en el módulo Part Design. La llanta, se consigue básicamente a partir de tres operaciones. La primera de ellas es un Multisection Solid, el cual une dos Sketch que son dos circunferencias de distinto diámetro. Luego sobre la de mayor diámetro se realiza otro Sketch de una circunferencia y se le aplica un Pad de la mitad ancho de la rueda, ya que sobre esta pieza va apoyado el neumático. Por último, se realiza un Mirror ya que es una pieza simétrica. Como las ruedas tienen distintas medidas, se tienen dos llantas distintas: Figura 4.74.- Llanta de la rueda del tren de punta Figura 4.75.- Llanta de la rueda del tren principal Diseño en Catia 52 Luego, en la parte central de la llanta se le hace un Pocket circular, ya que por ahí pasa la barra que une las ruedas de ambos lados. Por otro lado, para hacer el neumático se empieza con un Sketch de una circunferencia a la que se le aplica un Pad con el espesor que tiene el neumático. Luego se le hace un Pocket con el diámetro del centro de la llanta, y a los bordes se le da un radio elevado para que adquiera la forma de neumático. Figura 4.76.- Neumático del tren principal Figura 4.77.- Neumático del tren de punta Por último, se añade una tabla en la que se incluye un resumen de las medidas de las ruedas. Medidas Rueda Pequeña Rueda Grande Diámetro Pequeño 0.5m 0.5m Diámetro Grande 0.75m 0.95m Tabla 4-2.- Medidas de las ruedas 53 53 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 4.4.3 Tren de aterrizaje de la punta El tren de aterrizaje de la punta es bastante más simple que el principal. Esto se debe, como ya se ha comentado, a que su objetivo era que el morro del avión no colisionara contra el suelo cuando este aterrizaba. Con respecto a los datos de este, no se tiene ningún dato explicito. Sin embargo, al ser bastante más simple que el otro, se puede medir sobre los planos a papel de los que se dispone, y aplicar un correcto factor de escala para la obtención de sus medidas. El diseño de este, se realiza soldado a la misma estructura del fuselaje. Está compuesto por cuatro barras que parten del fuselaje, y luego la que une las ruedas de ambos lados. De las barras que parten del fuselaje, dos de ellas salen del centro de la sección A y las otras dos de los vértices inferiores de la sección D. Luego el procedimiento para realizar las barras es el mismo que se ha seguido para la estructura tubular del fuselaje. Consiste en crear unas líneas, en el módulo Wireframe and Surface Design, se generan superficies cilíndricas con la orden Sweep y luego se vuelve al Part Design y se le da espesorcon la orden Thick Surface. También se hacen unos cables como se ve en la imagen para que soporten las tensiones. Se hacen exactamente igual que los tubos de arriba, pero con diferentes medidas. Tras haberle dado color y añadirle las ruedas el resultado que se obtiene se muestra en las siguientes imágenes. Figura 4.78.- Tren de aterrizaje delantero, vista lateral Figura 4.79.- Tren de aterrizaje delantero, vista frontal Diseño en Catia 60 Figura 4.91.- Eje de la hélice De este modo se completa el diseño de la hélice, obteniendo el siguiente resultado. Figura 4.92.- Helice del avión 61 61 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Al igual que a las demás piezas, el último paso consiste en aplicarle color. Las hélices solían ser de madera, así que se opta por aplicarle un tono de marrón. Figura 4.93.- Hélice con color Diseño en Catia 62 4.6 Los estabilizadores Los estabilizadores de la aeronavez también son una parte muy característica de esta. Al igual que el ala, son dobles tanto el horizontal como el vertical. Figura 4.94.- Fotografía de los estabilizadores A continuación, se explica en mas detalles el diseño del estabilizador horizontal y vertical, ambos por separados. 4.6.1 El estabilizador horizontal El diseño del estabilizador horizontal es muy similar al de las alas. En este caso también disponemos de algunos ‘’planos’’ en los que aparece, y sale algo más detallado, que en fotos de la aeronave. Alguno de estos planos son los siguientes: Figura 4.95.- Esquema del estabilizador horizontal 63 63 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Como se observa en la imagen, la mitad del estabilizador está compuesto por trece costillas, las cuales son atravesadas por tres largueros, dos en los extremos que sirve para mantener la forma y otro más cercano al borde de ataque que es donde incide la corriente y necesita mayor resistencia. La envergadura total del ala según el libro de referencia son nueve metros, y con los planos que se tienen y usando escalas a mano, se puede comprobar que coincide. Por lo tanto, conociendo lo que mide la semienvergadura, se puede conocer el tamaño de la costilla en la raíz del estabilizador y en la punta. Las medidas son las siguientes: Perfil Raíz 1700 mm Perfil Punta 700mm Tabla 4-3.- Medidas de los perfiles del estabilizador Este estabilizador, es curioso, ya que es doble, al igual que el ala tiene una parte pegada al final de la cola del avión y otra parte por encima. La parte inferior es exactamente igual que la de arriba, con el simple cambio de que tiene un hueco en medio, por el cual se pega al fuselaje. Antes de comenzar con el modelado, que es muy similar al de las alas, una de las dudas que surgen es el tipo de perfil que tiene el estabilizador, del cual no se tiene ningún dato. Una de las opciones es usar el del ala, y como en el borde de salida pasa un larguero, en vez de que acabe en punta se podría redondear. La otra opción es hacer un nuevo perfil. Se opta por usar el mismo perfil, pero con el borde de salida redondeado, tal que así: Figura 4.96.-Sketch del perfil del estabilizador horizontal En primer lugar, se comienza realizando el perfil de la raíz, el cual como ya se ha comentado mide 1700 mm. Este perfil se hace en un plano a 250 mm del plano central, ya que en el centro del estabilizador hay una viga rectangular en la cual van las vigas verticales de sujeción. Una vez se tiene el contorno, se realiza el Sketch de las cuatro vigas que conforman el estabilizador y los Sketch correspondientes a los distintos huecos que existen en el perfil de forma triangular. Diseño en Catia 64 Luego se hace un plano a 4250mm del anterior, donde está el perfil de punta. Para llevarse todos los Sketch a ese plano se usa la orden Scale en la que se aplica un factor de escala, que es el siguiente: !"#$%& !" !"#$%$ =!.! !.! =0.4117 Para aplicar esta orden hay que tomar una referencia que es el borde de salida del perfil, ya que el estabilizador tiene flecha y de este modo el borde de salida se mantiene constante a la misma distancia y el de ataque va disminuyendo. Teniendo todo esto en cuenta, se copian todos los Sketch en el nuevo plano. Figura 4.97.- Perfiles del estabilizador escalados. Con todos los Sketch ya preparados, se pasa a hacer ya los sólidos. En primer lugar se realiza un Multisection-Solid entre los dos contornos de perfiles. Obteniendo un sólido con la forma y tamaño de la mitad del estabilizador. Después se realiza entre todos los Sketch de los huecos del perfil raíz y punta, un Multisection-Remove para hacer esos huecos. Figura 4.98.- Sólido con huecos 65 65 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Para hacerlas costillas, se realiza un Sketch, que se usa para hacer un Pocket. Para hacerlo de forma precisa se realizan una serie de cálculos. Con los datos de la dimensión de la mita del estabilizador, L=4250 y el espesor del perfil E=20mm y sabiendo que hay 13 costillas, se calcula que la separación entre rectángulos es de 352.5mm y luego se hacen varias copias para evitar hacerlo uno a uno con la orden Translate. Figura 4.99.-Sketch para hacer las costillas Ya con las costillas listas, usando nuevamente la orden Multisection-Solid se unen los distintos Sketch de las vigas y se crean estas. De ese modo ya se tiene la mitad del estabilizador superior horizontal. Para obtener la otra mitad se hace un Mirror con respecto al plano de simetría, y de este modo se tiene el estabilizador horizontal superior, sin la parte central, para la cual se ha dejado un hueco. Figura 4.100.-Estabilizador horizontal sin parte central Para hacer la plataforma central se hace un Sketch rectangular con el ancho del hueco que se ha dejado, al que se le aplica un Pad de 500 mm. De ese modo se obtiene la parte central del estabilizador, donde se unen las vigas verticales que unen ambos estabilizadores, y dan estabilidad a la estructura. Diseño en Catia 66 Figura 4.101.-Parte central del estabilizador horizontal Para tener la pieza completa lo único que faltaría sería hacer el conjunto de barras que salen de la sección central, para apoyar la parte superior sobre el fuselaje, y los cables que soportan las tensiones, los cuales van unidos a los extremos del estabilizador vertical. Para realizarlos se han seguido los pasos típicos para crear ‘’tubos’’ en el módulo Wireframe and Surface Design, con la orden Sweep. Luego se les ha dado el espesor correspondiente, a los tubos como es lógico bastante mayor espesor que a los cables de acero, obteniedo el siguiente resultado final. Figura 4.102.- Estabilizador horizontal superior completo 67 67 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Tras la finalización de la estructura se le aplican colores. Quedando de la siguiente manera. Figura 4.103.-Estrutura estabilizador horizontal superior pitando Con toda la estructura ya montada, se procede a la creación de la superficie que cubre las costillas. Su realización es sencilla, ya que consiste básicamente en crear unos Sketch de los perfiles un poco mas grandes, y los unimos a través de la orden Multisection Surface. Con la superficie creada se le da espesor con Thick Surface y se obtiene la superficie. Además, le añadimos los colores para que la recreación sea lo mas fiel posible. Figura 4.104.- Estabilizador Horizontal superior De este modo explicado se obtiene el estabilizador horizontal superior. A continuación, se explica como de forma muy similar se obtiene el estabilizador horizontal inferior. Diseño en Catia 68 Entre el estabilizador horizontal superior e inferior, existen dos diferencias básicamente. Hay un hueco, del ancho del final del fuselaje, entre ambas partes del estabilizador, ya que es hay donde se une al fuselaje. La otra diferencia, es que, a pesar de tener ese hueco, el borde de salida es constante, es decir, va de punta a punta. Toda esta información se obtiene de forma visual, gracias a la imagen mostrada al principio de la explicación de los estabilizadores, en donde se ve claramente la forma q tiene el estabilizador horizontal inferior. Por lo tanto, su modelado en Catia resulta muy sencillo, ya que se va a usar el archivo del estabilizador horizontal superior. Como de tamaño y forma es totalmente idéntico, lo que se decide hacer, es hacer un Pocket con la forma de la parte final del fuselaje del avión sin llegar al borde de salida del estabilizador. Figura 4.105.- Sketch del pocket De esta forma, se obtiene el estabilizador con las medidas exactas, para que encaje con la cola de la aeronave. Además, al haber un hueco entre el Pocket y las costillas, simula el hueco existente que se ve en los laterales de la cola en la fotografía del estabilizador. Figura 4.106.- Estabilizador horizontal inferior 69 69 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Como en las piezas anteriores, se le da color a la estructura. Figura 4.107.- Estructura estabilizador horizontal inferior pintado Tras tener su estructura, al igual que en el estabilizador superior, hay que añadirle la superficie que lo recubre. El procedimiento es exactamente igual, generando unos Sketch de los perfiles un poco sobredimensionados, y creando una superficie que los una. Sin embargo, en este, al igual que en la estructura, hay que hacerle un hueco a la superficie donde va encajado el fuselaje del avión. Para hacer este hueco, se ha usado el mismo Sketch que se ha usado para el hueco de la estructura. Figura 4.108.- Superficie del estabilizador horizontal inferior Diseño en Catia 76 Luego, se añade la estructura del tren principal, siguiendo un procedimiento similar. Teniendo en cuenta que de la estructura del tren salen cables que van a parar a la sección central del ala, es conveniente comprobar que estos están correctamente colocados. Lo normal es que lo estén, ya que han sido diseñados teneindo en cuenta la posición de las alas. Figura 4.121.- Estructura del motor y cables Otra parte de las alas, como ya se ha mencionado, son los montantes y los cables de acero. Estos ya con la referencia del motor, y tal, se colocan también usando restricciones del tipo Offset y por último se fija con la orden Fix. Figura 4.122.- Montantes entre alas Otra pieza que hay que añadir al Product, son la hélice y las ruedas del tren. Estas piezas tienen algo en común y es que ambas constan de una parte cilíndrica, la cual facilita mucho la tarea, ya que usando la restricción Coincidence se facilita mucho la tarea. 77 77 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Para la hélice, basta con aplicar la orden anteriormente comentada, haciendo que coincidan en el eje de la hélice y el hueco de la góndola del motor, y luego aplicando que la distancia entre entre la parte central de la hélice y la tapa de la góndola sea cero, para que estén en contacto, u otra opción es aplicar la restricción de contacto entre esas dos caras. Figura 4.123.- Hélices Con las ruedas del tren pasa lo mismo, las ruedas están formadas por el conjunto neumático y llanta, y el tren de aterrizaje consta de ocho ruedas, por lo que hay que añadir muchas piezas. Sin embargo, es sencillo, porque las llantas y las ruedas se les pone la restricción de que coincidan con el tubo de la parte inferior de la estructura del tren, y luego se va aplicando la correcta separación entre ellas. Figura 4.124.- Tren de aterrizaje Una vez se tiene todo correctamente colocado en un semi-ala, como el conjunto es simétrico, en vez de añadir Diseño en Catia 78 nuevamente las piezas y colocarlas en la parte izquierda, se aplica simetría respecto al centro de la estrucutra, y de este modo se obtiene, la hélice, la góndola, la estructura del tren principal, los montantes y cables y todas las ruedas al otro lado del ala. Figura 4.125.- Simetría entre las dos alas Con toda la parte central del avión ya correctamente distribuida y posicionada, se pasa a completar la zona de la cola. Esta zona esta formada por los dos estabilizadores horizontales, y los dos verticales, además de los montantes y cables de acero, los cuales están incluidos en el Part del estabilizador horizontal superior, que es el que incluye la pieza central. En primer lugar, se posiciona el estabilizador horizontal inferior, que al igual que el ala, este posee un hueco en el cual encaja la parte final de la cola del avión. Las restricciones utilizadas con del tipo Offset y buscan que el estabilizador este en contacto con la parte final de la cola, es decir, tanto los perfiles laterales como la parte trasera, tenga una distancia de cero con respecto a las caras de contacto de la cola. Además, también se añade una restricción que le da la altura a la que esta posicionado este. Una vez se tiene en posición, se le da a Fix para que no se mueva. Figura 4.126.- Establizador horizontal inferior Luego, como es lógico, se añade el estabilizador horizontal superior. Este es muy fácil de colocar, ya que al tener las mismas dimensiones que el inferior, simplemente hay que hacer que los planos de referencia coincidan, para que se posicione igualmente que el de abajo, y luego aplicarle un Offset para darle la altura necesaria, desde el estabilizador inferior. El dato de esta altura se obtiene, gracias a que el libro de referencia informa de cual es el espacio entre ambos estabilizadores, que es, lo que mide el estabilizador vertical. Esta distancia es de dos metros. 79 79 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Figura 4.127.- Estabilizadores Horizontales Una vez que se tienen ambos estabilizadores, se añade el vertical. El vertical resulta relativamente sencillo de posicionar, ya que el estabilizador horizontal, en la zona del larguero donde va incluido el vertical, tiene una pequeña pieza en forma de disco, la cual ha sido creada para que no sobresalga el tubo del estabilizador vertical, y además facilitar la tarea que se esta realizando. Por lo tanto, se usan unas restricciones de tipo Coincidence y Offset para que de este modo coincidan ambos ejes, y queden pegadas las caras que se desean. Figura 4.128.- Estabilizador Vertical Diseño en Catia 80 También hay que añadir el otro estabilizador vertical. No obstante, como es simétrico, en vez de añadir una nueva pieza, simplemente se puede aplicar simetría y de este modo obtener los estabilizadores ya totalmente en su posición. Figura 4.129.- Estabilizadores verticales De este modo se obtiene la estructura del avión al completo ya montado. Resultando como el avión que se mostró al principio del documento. Figura 4.130.- Modelado completo 81 81 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 4.8 Ergonomics Designs and Analysis En este apartado se va a explicar el procedimiento llevado a cabo para la realización de parte de la tripulación de la aeronave. El titulo de este apartado coincide con el módulo de la herramienta Catia. Como dicho nombre indica, en este módulo se trabaja la ergonomía del diseño. Es decir, gracias a la simulación de una persona la cual puedes aplicarle las características deseadas, puedes realizar un diseño que se adapte a su forma. En este caso, para los asientos y las distintas zonas donde van situada la tripulación no se ha tenido en cuenta esto, sino que ya estaban diseñados cuando se decidió usar este módulo. Sin embargo, se ha comprobado que coincide perfectamente con el cuerpo humano. Por lo tanto, para este trabajo se ha usado para simular la tripulación, además de aprender a usar una nueva herramienta en Catia. Una vez en el módulo, se pulsa sobre la opción Build a Human y en está se le da a New Manikin. Figura 4.131.- New Manikin Tras pulsar Ok se crea el cuerpo y a aparece en pantalla. El cuerpo que aparece tiene el siguiente aspecto. Figura 4.132.- Humano Diseño en Catia 82 Como puede apreciarse, el cuerpo aparece en una posición recta, por tanto, hay que colocarlo en la posición deseada. Para ello hay que irse al Posture Editor en donde se puede seleccionar todas las partes del cuerpo e ir posicionándolo en la postura deseada. Figura 4.133.- Posture Editor En la imagen anterior, se ve como se selecciona en ese caso el muslo, y se le pone el ángulo deseado, en función de la postura que se busque. Por tanto, el procedimiento consiste en ir seleccionando las distintas partes del cuerpo y colocarlas en la posición deseada. Es interesante destacar como incluso se pueden colocar las distintas partes de los dedos, lo cual ha facilitado el simular el agarre del piloto al volante. Para situar a los pilotos en la posición deseada, se ha utilizado el comando Manipulation Parametres. De este modo se han situado los dos pilotos sobre los asientos y un armero en la parte delantera. Solo se ha optado por realizar tres tripulantes, aunque realamente fueran siete los que solían viajar en el avión, porque con la visualización de alguno ya se puede ver como el avión tiene una escala bastante correcta. 83 83 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 Después de haber realizado los pasos comentados anteriormente el resultado que se ha obtenido se muestra en las siguientes imágenes, donde se pueden ver los distintos tripulantes en el interior del avión. Figura 4.134.- Pilotos en los asientos Como se puede apreciar, incluso los dedos de los pilotos están adaptados a la posición del volante de la aeronave. Figura 4.135.- Tripulante en la punta del avión Y de este modo, se han representado tres tripulantes para que sirvan como referencia de como se distribuían estos en la aeronave. Diseño en Catia 84 85 5 PLANOS En este apartado se van a incluir los distintos planos que se obtienen a través del modelado del avión. Estos planos tienen como objetivo principal que puedan ser usados a posteiori ya que existe una gran falta de información acerca de este avión. Los planos que se muestran son básicamente el alzado, el perfil y la planta, ya que son las vistas completas del avion, y además se dispone de algunas imágenes esquemáticas del avión con esas vistas. Para la realización de los planos se ha usado el módulo de CATIA llamado Drafting, el cual sirve entre muchas otras cosas, para obtener las vistas de una pieza y acotarla, que es el objetivo con el que se va a usar en este proyecto. La manera de proceder, para obtener las distintas vistas es la siguiente: En primer lugar, como ya se ha explicado, se entra en el módulo Drafting, una vez allí le damos a generar un nuevo archivo en blanco. Se puede dar a que genere las distintas vistas directamente, pero como él eje de coordenadas no esta colocado como se requiere para que muestre las vistas deseadas, se opta por la página en blanco. Figura 5.1.- New Drawing Una vez se tiene abierto el drawing, se crean las vistas. Para ello, se selecciona el comando Front View, y como se buscan las tres vistas, se seleccionan los planos XY, YZ, ZX, tras clicar en Front View para tener las distintas vistas. Con las vistas ya colocadas en el fondo blanco, ahora hay que acotarlas. Para ello, se usa el comando Dimensions, se selecciona el segmento que quiere ser medido, y ya sale la línea y la medida. Pero como el avión es muy grande, se ha tenido que ampliar el tamaño de los números de las medidas, para que se pueda ver. Con este proceso se obtienen las siguientes imágenes. Planos 92 Figura 5.8.- Plano alzado estructura del avión 93 6 CONCLUSIONES Y FUTURAS MEJORAS Una vez se ha finalizado el proyecto, o al menos todos los procedimientos que se habían considerados al comienzo de este trabajo, se puede hacer una pequeña reflexión a cerca del trabajo realizado, en función de las expectativas que se tenían y que sirva como culmen para este documento. Recordando la falta de información que se ha tenido a lo largo del desarrollo de este texto, y a la complejidad de la aeronave, el resultado se puede considerar bastante satisfactorio. Si se realiza un vistazo del modelo diseñado y se compara con las fotografías y dibujos de la época se puede comprobar que la recreación está bastante lograda. Figura 6.1.- Modelo Zeppelin-Staaken volando Figura 6.2.- Imagen real del Zeppelin-Staaken R.VI Conclusiones y futuras mejoras 94 Otro aspecto para destacar es el interior de la aeronave, y los pequeños detalles, los cuales, personalmente, creo que han marcado el trabajo, ya que, al ser un avión tan extenso, y con tan poca información hacer detalles no resulta una tarea fácil, sin embargo, el acabado del avión no tiene nada que envidiar a lo explicado en el libro de referencia y las distintas fuentes de información utilizadas. En la siguiente imagen, ya mostrada en el inicio del documento, se peude ver cómo es el avión estructuralmente y de ese modo comprobar la complejidad de dicha estructura. Figura 6.3.- Estructura del avión Otro tipo de conclusión que debe ser mencionada, es la mejora que se ha obtenido en el uso del programa Catia. El trabajo se comenzó con nociones básicas sobre el programa, lo aprendido en la asignatura Diseño y Fabricación asistidos por Ordenador, y se ha mejorado bastante en los módulos que ya conocía, Part Design, Wireframe and Surface Design, Assembly Design, y además he aprendido el uso de un nuevo módulo, Ergonomic Design and Analysis. Por último, un aspecto a destacar sería la historia de la aviación de la primera Guerra Mundial que se ha aprendido y estudiado a la hora de desarrollar este proyecto. Ya que, debido a la falta de documentación, ha sido de bastante ayuda el conociomiento sobre la aviación de dicha época. En el proceso de la elaboración y realización de este trabajo se han omitido y simplificado algunas partes detalles de la aeronave debido a que su realización conllevaba muchas horas de trabajo y podía implicar una peor realización de otras partes del avión por falta de tiempo y sobrepasar la carga de trabajo estimada. Con respecto al modelaje en Catia: • Diseño de las superficies de control, tanto de las alas como de la cola del avión. Es decir, los alerones y el timón de profundidad y lateral. • Diseño de las uniones y ensamblajes de las distintas partes del avión, lo cual se omitió por falta de información. • Realización de Parts diferentes para añadir materiales al cuerpo, y de ese modo poder estudiar el comportamiento del avión. • Diseño de los cables que unen las superficies de control con los mandos del piloto • Diseño del material armamentístico, así como de las bombas que había en la parte inferior de la aeronave. • Diseño más en detalle de la instrumentación que el libro de referencia menciona. Otro aspecto que se podría haber añadido al diseño del avión es la simulación del movimiento de las distintas partes moviles a través del módulo Kinematics. 95 95 Modelado y recreación virtual del Zeppelin-Staaken R.VI con Catia V.5 11 7 BIBLIOGRAFÍA [1] G.W. Haddow & Peter M. 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