proyecto fin de carrera diseño y...
TRANSCRIPT
Diseño y construcción de una bancada para caracterización de plantas propulsoras por hélice con motor eléctrico
PROYECTO FIN DE CARRERA
HUGO LÓPEZ PÉREZ GRUPO DE INGENIERÍA AEROESPACIAL
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
1
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 1.1. OBJETIVOS 1.2. MOTOR Y BATERIAS 1.3. MOTOR LÍMITE 2. INVESTIGACIÓN DE PLATAFORMAS SIMILARES 3. DISEÑO DE LA BANCADA 3.1. EVOLUCIÓN 3.2. DISEÑO ELEGIDO 3.2.1. FUNCIONAMIENTO 3.2.2. DESCRIPCIÓN
2
3
ÍNDICE 4. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 4.1. DISPOSITIVOS GENERALES 4.2. SISTEMA DE TELEMETRÍA 1 4.3. SISTEMA DE TELEMETRÍA 2 5. CÁLCULOS 5.1. CÁLCULOS DE TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS 5.2. CÁLCULOS DE REACCIONES 5.3. CÁLCULOS AERODINÁMICOS 6. TESTADO 7. DATOS 8. CONCLUSIONES Y MEJORAS
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 1.1. OBJETIVOS 1.2. MOTOR Y BATERIAS 1.3. MOTOR LÍMITE 2. INVESTIGACIÓN DE PLATAFORMAS SIMILARES 3. DISEÑO DE LA BANCADA 3.1. EVOLUCIÓN 3.2. DISEÑO ELEGIDO 3.2.1. FUNCIONAMIENTO 3.2.2. DESCRIPCIÓN
4
INTRODUCCIÓN
• Una bancada de pruebas para motores de aviación es un aparato destinado a soportar un conjunto motor-hélice y a realizar una serie de medidas de interés sobre el mismo durante su funcionamiento.
• Surge por la necesidad del Grupo de Ingeniería
Aeroespacial de tener uno de estos aparatos para realizar estudios de actuaciones para diferentes combinaciones de motor-hélice para la conversión de la planta motora del Céfiro.
5
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS • CARACTERIZACIÓN DE LA PLANTA MOTORA
(PAR,RPM,I,V,POT)
• CARACTERIZACIÓN DE LA PLANTA PROPULSORA (TRAC,PAR,REND,POT,…)
• CARACTERÍSTICAS PRELIMINARES ▫ DIMENSIONES ▫ FACILIDAD DE TRANSPORTE Y ACCESIBILIDAD ▫ UNIVERSALIDAD EN ENSAYOS Y PLANTAS
MOTORAS
6
INTRODUCCIÓN
MOTOR LIMITANTE
CARÁCTERÍSTICAS DEL MOTOR LIMITANTE N (rpm) Empuje (N) Par (N·m) Potencia (kW) P. De corte (kg)
8000 245 4,1778 3,5 2
8
CARÁCTERÍSTICAS DEL MOTOR AXI 5345/16 N (rpm) Empuje (N) Par (N·m) Potencia (kW) P. De corte (kg)
4500 100 2 2,8 1,7
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 1.1. OBJETIVOS 1.2. MOTOR Y BATERIAS 1.3. MOTOR LÍMITE 2. INVESTIGACIÓN DE PLATAFORMAS SIMILARES 3. DISEÑO DE LA BANCADA 3.1. EVOLUCIÓN 3.2. DISEÑO ELEGIDO 3.2.1. FUNCIONAMIENTO 3.2.2. DESCRIPCIÓN
9
INVESTIGACIÓN DE PLATAFORMAS SIMILARES
BANCADAS DE ENSAYOS
ESTÁTICOS
10
BANCADAS DE ENSAYOS
EN TÚNEL DE VIENTO
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 1.1. OBJETIVOS 1.2. MOTOR Y BATERIAS 1.3. MOTOR LÍMITE 2. INVESTIGACIÓN DE PLATAFORMAS SIMILARES 3. DISEÑO DE LA BANCADA 3.1. EVOLUCIÓN 3.2. DISEÑO ELEGIDO 3.2.1. FUNCIONAMIENTO 3.2.2. DESCRIPCIÓN
11
DISEÑO DE LA BANCADA
EVOLUCIÓN
12
MODELO 1 • Ventajas: Modelo sencillo y eficaz de transmisión de cargas
• Inconvenientes: Demasiado voluminoso y poco protegido frente al viento
DISEÑO DE LA BANCADA
EVOLUCIÓN
13
MODELO 2 • Ventajas: Protección contra el viento y sistema de contrapeso simplificado
• Inconvenientes: Posible volcado frente en el túnel de viento
DISEÑO DE LA BANCADA
EVOLUCIÓN
14
MODELO 3 • Ventajas: Funcionamiento en el túnel de viento y en estático. Simplificación de todo el modelo. • Inconvenientes: Materiales y fabricación no depurados.
DISEÑO DE LA BANCADA
EVOLUCIÓN
15
MODELO 4 • Ventajas: Elección de materiales y fabricación depurados
DISEÑO DE LA BANCADA
DISEÑO ELEGIDO
16
DISEÑO ELEGIDO: MODELO 4 DIVISIÓN EN 3 PARTES: 1. BASE FIJA 2. CAJA ELECTRÓNICA 3. BANCADA TÚNEL
DISEÑO DE LA BANCADA DISEÑO ELEGIDO
DESCRIPCIÓN
19
•CAJA ELECTRÓNICA
1. TAPADERA 2. PAREDES 3. BASE 4. BISAGRAS DE PIANO 5. TABLONES 6. VELCRO
DISEÑO DE LA BANCADA DISEÑO ELEGIDO
DESCRIPCIÓN
20
•BANCADA TÚNEL
1. CARCASAS Y BASE 2. SIST. DE CARGA INFERIOR 3. SIST. DE CARGA SUPERIOR
1. CARCASAS 2. CIERRE A PRESION 3. BASE 4. BISAGRAS
DISEÑO DE LA BANCADA DISEÑO ELEGIDO
DESCRIPCIÓN
21
•BANCADA TÚNEL CARCAS Y BASE
BASE BISAGRA
ESCUADRAS DE PLACA 1
DISEÑO DE LA BANCADA DISEÑO ELEGIDO
DESCRIPCIÓN
22
•BANCADA TÚNEL SISTEMA DE CARGA INFERIOR
1. CÉLULA DE CARGA 2. ESCUADRAS DE PLACA 2 3. PLACA 2 4. ESCUADRAS DE PLACA 1 5. PLACA 1 6. BASE MÓVIL 7. GUÍAS
ESCUADRAS DE PLACA 2 PLACA 2 PLACA 1 BASE MÓVIL GUÍAS
DISEÑO DE LA BANCADA DISEÑO ELEGIDO
DESCRIPCIÓN
23
•BANCADA TÚNEL SISTEMA DE CARGA SUPERIOR
1. SENSOR DE PAR 2. ANCLAJE 3. VIGA-SOPORTE 4. PLACA A 5. GALLETA
ANCLAJE VIGA-SOPORTE PLACA A
GALLETA
ÍNDICE
24
4. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 4.1. DISPOSITIVOS GENERALES 4.2. SISTEMA DE TELEMETRÍA 1 4.3. SISTEMA DE TELEMETRÍA 2 5. CÁLCULOS 5.1. CÁLCULOS DE TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS 5.2. CÁLCULOS DE REACCIONES 5.3. CÁLCULOS AERODINÁMICOS 6. TESTADO 7. DATOS 8. CONCLUSIONES Y MEJORAS
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
DISPOSITIVOS GENERALES
25
1. CÉLULA DE CARGA
• Descripción Dispositivo electrónico que es capaz de medir la fuerza de tracción o compresión que se ejerce sobre el mismo •Situación Se encuentra situado entre las placas 1 y 2.
SSM INTERFACE
2. SENSOR DE PAR
MRT2 REACTION TORQUE TRANSDUCER
• Descripción Dispositivo electrónico que es capaz de medir el par que se ejerce sobre el mismo. •Situación Se encuentra situado entre la placa A y la galleta.
ACONDICIONADOR SGA
3. ACONDICIONADOR
• Descripción Dispositivo electrónico que acondiciona las señales de los sensores para el procesado de datos. •Situación Se encuentra situado en la caja electrónica.
4. UNIDAD DE CONTROL A DISTANCIA MANDO DE 9 CANALES Y RECECTOR FUTABA
• Descripción Dispositivos electrónico que sirven para controlar a distancia el motor. •Situación El receptor se encuentra en la caja electrónica y el mando en manos del usuario.
PLACA HÉRCULES II
5. PLACA INTEGRADA
• Descripción Dispositivos electrónico que es en sí mismo un ordenador y que se utiliza para recoger los datos de los sensores. •Situación Se encuentra situada en la caja electrónica.
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
SISTEMA DE TELEMETRÍA 1
26
1. JETIBOX 2. SPIN 99 OPTO 3. MUI 150 4. MRPM 5. EXPANDER
JETIBOX SPIN 99 OPTO MUI 150 MRPM EXPANDER
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
SISTEMA DE TELEMETRÍA 2
27
1. LTS 25 NP 2. INA333 3. SENSOR HALL 4. ELE. APOYO
LTS 25 NP INA333 SENSOR HALL MULTIPLEXOR CAJITA ELECTRÓNICA CONMUTADOR MEDIDOR DE VELOCIDAD DEL TÚNEL DE VIENTO
ÍNDICE
28
4. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 4.1. DISPOSITIVOS GENERALES 4.2. SISTEMA DE TELEMETRÍA 1 4.3. SISTEMA DE TELEMETRÍA 2 5. CÁLCULOS 5.1. CÁLCULOS DE TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS 5.2. CÁLCULOS DE REACCIONES 5.3. CÁLCULOS AERODINÁMICOS 6. TESTADO 7. DATOS 8. CONCLUSIONES Y MEJORAS
CÁLCULOS
29
Cálculos de tensiones y desplazamientos: PATRAN-NASTRAN 1. Galleta 2. Placa A 3. Placa 1 4. Placa 2 5. Viga-soporte Cálculos de reacciones
Ta ESTRUCTURAS 1. Base fija 2. Base
Cálculos aerodinámicos MEC. DE FLUIDOS Y ANALISIS ADIMENSIONAL
CÁLCULOS
CÁLCULOS DE TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS
30
•GALLETA
Tensión máxima: 1’86 Mpa
Desplazamiento máximo: 6’02·10-6 m
•PLACA A
Tensión máxima: 9,81 Mpa
Desplazamiento máximo: 5’25·10-5 m
•PLACA 1
Tensión máxima: 4,27 Mpa
Desplazamiento máximo: 1’42·10-5 m
•PLACA 2
Tensión máxima: 3,73 Mpa
Desplazamiento máximo: 1’89·10-5 m
•VIGA SOPORTE
Desplazamientos
31
CÁLCULOS
CÁLCULOS DE REACCIONES
CG
F
165 mm
445 mm
970 mm
660 mm F
M1
M2
952 mm
•VOLCADO
1
2 3
4 98,21 N
98,21 N
63,13 N 63,13 N
86,87 N 86,87 N 196,21 N
196,21 N
17,44 N
17,44 N
17,44 N
17,44 N
1
2 3
4 200 mm
300 mm
CONTRAPESO
CONTRAPESO
18’27 KG
CÁLCULOS
CÁLCULOS DE REACCIONES
32
•REACCIONES
1
2 3
4 101,63 N
101,63 N
75 N 75 N
75 N 75 N 170,23 N
170,23 N
CÁLCULOS
CÁLCULOS AERODINÁMICOS
33
•ECUACIONES
ANÁLISIS ADIMENSIONAL
ESTUDIO DEL PROBLEMA
y = 4E-21x3 - 2E-14x2 + 4E-08x + 0,0101
0,02
0,022
0,024
0,026
0,028
0,03
0,032
0,034
0,036
240000 740000 1240000 1740000
Fu
nci
ón F
(Re)
Número de Reynolds
f(Re)
f(Re)
Polinómica (f(Re))
34
ÍNDICE 4. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 4.1. DISPOSITIVOS GENERALES 4.2. SISTEMA DE TELEMETRÍA 1 4.3. SISTEMA DE TELEMETRÍA 2 5. CÁLCULOS 5.1. CÁLCULOS DE TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS 5.2. CÁLCULOS DE REACCIONES 5.3. CÁLCULOS AERODINÁMICOS 6. TESTADO 7. DATOS 8. CONCLUSIONES Y MEJORAS
TESTADO
35
• TESTADO MEDIANTE EXPERIMENTOS CON UTILIZACIÓN DE CARGAS 1. CÉLULA DE CARGA 2. SENSOR DE PAR
TESTADO
36
• TESTADO MEDIANTE DISPOSITIVOS DE MEDIDA 1. SENSOR DE INTENSIDAD Y VOLTAJE 2. SENSOR DE REVOLUCIONES
37
ÍNDICE 4. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 4.1. DISPOSITIVOS GENERALES 4.2. SISTEMA DE TELEMETRÍA 1 4.3. SISTEMA DE TELEMETRÍA 2 5. CÁLCULOS 5.1. CÁLCULOS DE TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS 5.2. CÁLCULOS DE REACCIONES 5.3. CÁLCULOS AERODINÁMICOS 6. TESTADO 7. DATOS 8. CONCLUSIONES Y MEJORAS
DATOS
38
PROYECTO FIN DE CARRERA DE ALBERTO GARCÍA ENSAYOS EN ESTÁTICO Y TÚNEL DE VIENTO SISTEMA DE TELEMETRÍA 1
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80
Em
pu
je n
eto
[N]
V tunel [km/h]
Empuje Neto [N]
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 20 40 60 80
Par
net
o [N
m]
V tunel [km/h]
Par Neto [Nm]
DATOS
39
PROYECTO FIN DE CARRERA DE ELIO CARRASCO ENSAYOS EN ESTÁTICO Y TÚNEL DE VIENTO SISTEMA DE TELEMETRÍA 2
40
ÍNDICE 4. DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 4.1. DISPOSITIVOS GENERALES 4.2. SISTEMA DE TELEMETRÍA 1 4.3. SISTEMA DE TELEMETRÍA 2 5. CÁLCULOS 5.1. CÁLCULOS DE TENSIONES Y DESPLAZAMIENTOS 5.2. CÁLCULOS DE REACCIONES 5.3. CÁLCULOS AERODINÁMICOS 6. TESTADO 7. DATOS 8. CONCLUSIONES Y MEJORAS
CONCLUSIONES Y MEJORAS
41
CONCLUSIONES 1. SE HAN ALCANZADO LOS OBJETIVOS DEL PROYECTO 2. LA BANCADA ES UN APARATO YA PROBADO Y QUE DA BUENOS RESULTADOS MEJORAS 1. PROBLEMA DE LA BASE 2. BATERÍAS 3. MEJORAS AERODINÁMICAS