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IPN ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA

MECANICA Y ELECTRICA

INGENIERIA AERONAUTICA

“SIMULACION DE MOVIMIENTO ASISTIDO CON LAS HERRAMIENTAS CAD / CAE DE UN SISTEMA DE CONTROL CICLICO EN UN

HELICOPTERO BELL 206”

REPORTE FINAL DE INVESTIGACIÓN

PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN AERONAUTICA

P R E S E N T A:

RODRIGO CHRISTIAN MARTINEZ OLMOS ANGEL JOHARY OLIVA OLIVERA

MÉXICO D.F. FEBRERO 2006

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD TICOMÁN

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN AERONÁUTICA POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN: SEMINARIO

DEBERÁN PRESENTAR: LOS CC. PASANTES: RODRIGO CHRISTIAN MARTINEZ OLMOS ANGEL JOHARY OLIVA OLIVERA

SEMINARIO DE TITULACIÓN

“INGENIERIA Y MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA”

“SIMULACION DE MOVIMIENTO ASISTIDO CON LAS HERRAMIENTAS

CAD / CAE DE UN SISTEMA DE CONTROL CICLICO EN UN HELICOPTERO

BELL 206”

CONTENIDO TABLA DE FIGURAS INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA CAPÍTULO II HELICÓPTEROS CAPÍTULO III CONSIDERACIONES TEÓRICAS CAPÍTULO IV APLICACIÓN DEL CAD / CAE / CAM CAPÍTULO V SIMULACIÓN CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

México, DF., a 23 de Enero del 2006.

A S E S O R E S

M. EN C. PEDRO SANTAMARIA BRIONES ING. EDUARDO BRAVO GARCIA

Vo. Bo.

ING. MIGUEL ÁLVAREZ MONTALVO DIRECTOR

A mis padres:

Por haberme apoyado durante el transcurso de mi carrera

profesional, gracias porque cuando mas necesitaba su ayuda en éste

periodo estaban a mi lado ayudándome a resolver todos y cada uno

de mis problemas aún en momentos muy difíciles.

A Richard y Gaby:

Por apoyarme en todo momento, a ti Richard por tener el libro

indicado en el momento preciso justo cuando mas lo necesitaba y a ti

Gaby por estar conmigo en situaciones fáciles y difíciles.

Con cariño para mis papas, Richard y Gaby

Rodrigo

A mis padres:

Por dejarme la mejor herencia que un hijo pueda recibir, mis estudios

profesionales; gracias por apoyarme en mis deseos y necesidades en

todo momento desde el momento que los conocí por primera ves.

Sepan que los quiero y admiro profundamente.

A mis hermanos:

Gracias Miguel por todas las noches en vela que te pasaste junto a mi

por causa de mis deberes y demás situaciones, esta es la mejor

forma que puedo describir la gratitud que te tengo para conmigo.

Claudia, gracias por enseñarme que el futuro que forjamos es para

nosotros y los que nos siguen.

Con cariño y eterno agradecimiento para mi FAMILIA

Angel

CONTENIDO

TABLA DE FIGURAS INTRODUCCION CAP I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 CONTEXTO 1.2 OBJETIVO GENERAL 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1.4 JUSTIFICACIÓN 1.5 ALCANCE 1.6 METODOLOGÍA UTILIZADA CAP II. HELICOPTEROS 2.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS 2.2 CONFIGURACIONES DE LOS ROTORES EN LOS HELICÓPTEROS 2.3 INVESTIGACIÓN DE CAMPO CAP III. CONSIDERACIONES TEORICAS 3.1 CINEMÁTICA DE MECANISMOS 3.2 REGLAMENTACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL 3.3 ERGONOMIA 3.4 CONTROLES DE VUELO CAP IV. APLICACIÓN DEL CAD / CAE / CAM 4.1 INTRODUCCIÓN 4.2 PRINCIPALES FUNCIONES 4.3 MOVIMIENTO EN EL CAD / CAE 4.4 TÉRMINOS DENTRO DE LA APLICACIÓN MOTION CAP V. SIMULACION 5.1 INTRODUCCIÓN

1 2 4 4 4 4 5 6 6 7 7 11 13 14 14 21 23 25 45 45 46 47 49 56 56

5.2 ANÁLISIS DE MOVIMIENTO 5.3 ANÁLISIS DE COMPONENTES 5.4 PROCEDIMIENTO 5.5 PUNTO DE MANDO PRINCIPAL 5.6 SECUENCIA DE MOVIMIENTO CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

57 60 65 66 69 71 73

Representación de Movimiento en un Helicóptero

TABLA DE FIGURAS

FIGURA NOMBRE PAGINA 1 Helicóptero convencional (rotor principal –

rotor de cola) 12

2 Sistemas de control 13 3 Limpiaparabrisas 20 4 Cilindros de un motor 20 5 válvulas de un motor 21 6 Desplazamientos máximos de los bastones 24 7 Arreglo ergonómico 24 8 Combinación de los sistemas de control 27 9 Teoría del momentum 29 10 Vuelo estacionario 30 11 Vuelo trasnacional 31 12 Viento relativo 32 13 Bisagra de aleteo 33 14 Efecto de coriolis 33 15 Tendencia a la deriva 34 16 Estabilidad estática 35 17 Inestabilidad estática 36 18 Estabilidad neutra 36 19 Inestabilidad dinámica 39 20 Estabilidad dinámica 39 21 Palanca de control direccional “cíclico” 41 22 Palanca del control colectivo 43 23 Sistema de cambio de paso del rotor de cola 44 24 Acelerador 44 25 Ciclo del producto 45 26 Clase de juntas 48 27 Navegador de escenarios 49 28 Explicación del navegador de escenarios 50 29 Escenario 50 30 Eslabón 51 31 Explicación del(los) eslabón(es) 51 32 Junta 52 33 Representación gráfica de las juntas 53 34 Explicación de la(s) junta(s) 54 35 Animación 55 36 Movimiento 56 37 Sistemas de control cíclico 58 38 Movimiento lateral del control cíclico 59 39 Ensamble 60


40 Bastón 60 41 Leva del control cíclico 61 42 Base de la leva del control cíclico 62 43 Varilla de interconexión de mandos 63 44 Yugo 63 45 Mezcladora 64 46 Plato oscilante 65 47 Movimiento hacia delante y atrás 68 48 Movimiento hacia los lados 68 49 Movimiento longitudinal 70 50 Movimiento lateral 70


INTRODUCCION

A medida de que las ciudades van siendo más grandes con el tiempo,

las aeronaves de ala rotativa van creciendo en importancia dentro de

la aeronáutica, ya sea para uso de pasajeros o de carga. El

helicóptero gracias a su versatilidad se ha convertido en uno de los

medios de transporte más funcionales en la actualidad. Debido a

esto su estudio es más importante día a día.

Así mismo el uso de las herramientas CAD / CAE / CAM en la

actualidad tiene una gran importancia dentro del diseño, construcción

y análisis de mecanismos, ya que estos nos permiten realizar la

ingeniería y los estudios respectivos de una forma mas practica,

segura y económica.

El propósito de este proyecto es analizar la cinemática de un sistema

de control lateral y longitudinal de una aeronave de ala rotativa para

así demostrar y proponer el alcance de un sistema de control y de un

software de diseño al personal y alumnado del ramo de ingeniería

mecánica.


CAP. I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 CONTEXTO

El sistema de control longitudinal y lateral ha sido previamente

modelado y ensamblado en la TESINA “Implementación de un

software de diseño como método didáctico en la enseñanza del

funcionamiento de controles de vuelo en helicópteros” del 2002. Para

mayor referencia sobre el modelado y ensamblado, favor de dirigirse

a la bibliografía antes mencionada. Así este trabajo dará una

aportación al mismo.

El sistema de control cíclico que se estudia en este trabajo es el

perteneciente a un helicóptero Bell 206.

1.2 OBJETIVO GENERAL

Desarrollar una herramienta didáctica que ayude en forma práctica a

la enseñanza del funcionamiento del control cíclico del helicóptero;

así mismo, visualizar mediante la asistencia de la computadora la

interrelación de todos y cada uno de los mecanismos que

comprenden el sistema de control cíclico y a su vez el proponer un

método simple y practico para poder realizar estas visualizaciones en

el programa mismo.

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Proponer un método alternativo para la simulación de

movimiento del sistema de control cíclico de un helicóptero


• Lograr a través de herramientas computacionales, la

visualización del funcionamiento de los mecanismos que

conforman el sistema cíclico en los helicópteros.

• Facilitar la visualización del funcionamiento del control cíclico a

todo aquel personal técnico involucrado en el mantenimiento,

operación y diseño de los helicópteros.

• Se podrán efectuar de manera más eficiente los reglajes del

sistema al tener una compresión clara de cómo la variación en

un reglaje afecta significativamente la actuación del

helicóptero.

1.4 JUSTIFICACIÓN

Al cabo del tiempo la asistencia de las computadoras va siendo más

importante en cualquier área de interés. En la ingeniería es una de

las herramientas más importantes (sino la mas importante) ya que el

beneficio que se obtiene al simular la realidad es realmente

importante para la materia a la que se aplique. Estos beneficios antes

mencionados se refieren al tiempo, trabajo, calidad y economía tanto

de la industria como de los particulares o de cualquier persona que

utilice estas aplicaciones.

El estudio cinemático de un mecanismo es la base para un análisis

mas profundo del mismo. Este da la pauta para saber los tipos de

movimientos de cada uno de los componentes, la relación de

movimientos entre cada uno de los componentes, los puntos de

apoyo para que los movimientos sean correctos (el uno con respecto

al otro), es decir, el comportamiento individual y en conjunto del

mecanismo.


1.5 ALCANCE

Este proyecto consistirá en la simulación del funcionamiento de un

sistema de control cíclico de un helicóptero, para realizar un análisis

profundo y así un entendimiento completo de los principios y

funcionamientos de este tipo de controles, así como de todo lo que

implica la cinemática.

A su vez este proyecto planteara la implementación de un método

para realizar estas simulaciones en el software de una forma sencilla

y práctica.

El propósito de este proyecto no contempla el realizar un análisis

dinámico al sistema de control cíclico, ni el de dar una metodología

para modelado y ensamblado del mismo sistema.

1.6 METODOLOGÍA UTILIZADA

La metodología de la simulación propuesta en este trabajo es el

primero encontrar el eslabón que sea el punto de mando principal,

para posteriormente a éste eslabón definirle la junta que tendrá un

movimiento entre éste eslabón y el marco, ya sea constante,

harmónico, general ó articulado; para después realizar una

simulación del movimiento

Si la simulación se desarrolla de acuerdo a lo esperado concluimos la

verificación, de no ser así repetimos constantemente hasta tener una

cadena de movimientos adecuados.


CAP. II HELICOPTEROS

2.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS.

A través del tiempo, los helicópteros han alcanzado tal desarrollo que

en la actualidad puede decirse que estas aeronaves son más

versátiles y maniobrables que los autogiros y las aeronaves de ala

fija, aunque de diseño más complicado. El primer concepto de ala

rotativa viene de los chinos, los cuales idearon un juguete construido

de Corcho y Bambú que volaba al ser girado entre las manos.

Los primeros intentos por diseñar un helicóptero se remontan a 1490

cuando uno de los más grandes inventores Leonardo Da Vinci realizó

los planos de una máquina voladora la cual al girar se enroscaba en

el aire ascendiendo.

A menudo Da Vinci es citado ya que fue el primero en visualizar el

concepto de ala rotativa, sin embargo solo concibió diseños

experimentales que teóricamente podrían funcionar, pero que

resultaban imprácticos en la vida real. Da Vinci nombró a su máquina

voladora Helicóptero, nombre que se conserva hasta la actualidad y

se deriva de dos palabras griegas Helix que significa tornillo y Pteros

que significa ala.

Entre mediados de 1700 y hasta principios de 1900, los helicópteros

desencadenaron un gran número de diseños y propuestas que no

progresaron más allá del concepto inicial debido a que la naturaleza

del vuelo vertical no era comprendida en su totalidad y no se tenía

una planta de potencia adecuada. Básicamente los problemas que se

presentaron eran:


• La incomprensión de la aerodinámica del vuelo vertical. Aunque

las teorías básicas de la sustentación generada por los rotores

fueron establecidas a finales del siglo XIX por William Rankine,

W Froude y R.E. Froude, no fue sino hasta la década de 1920

que se dio la primera aplicación de la teoría aerodinámica de los

rotores.

• La planta de potencia no era la adecuada. La aparición del

motor de combustión interna hizo posible desarrollar modelos

de mayor tamaño.

• Minimizar el peso estructural y el peso del motor. Las primeras

plantas de potencia eran construidas de aleaciones de hierro

por lo que eran de gran peso. El aluminio comenzó a ser

utilizado hasta 1890, pero se comercializó ampliamente en la

aviación hasta 1920 debido a su elevado costo.

• Contrarrestar el par de reacción. Para contrarrestar el efecto del

par reacción se idearon diferentes configuraciones; rotores en

tandem, coaxiales, lado a lado, rotor principal con rotor de cola.

• Dar estabilidad y adecuado control. Los primeros helicópteros

eran pobres en estabilidad y control debido a la complejidad de

sus configuraciones, lo robusto de su construcción y a la

inadecuada planta de potencia. Sin embargo poco a poco se

idearon dispositivos que permitieron lograr dicho control en las

diversas configuraciones. Se desarrollaron bisagras de aleteo,

de adelanto y retraso, sistemas de control para el cambio de

paso de la pala, el sistema de control cíclico etc.

• Vencer el Problema de las grandes vibraciones. Las vibraciones

fueron la fuente de muchas fallas mecánicas del rotor y del


planeador reflejando de esta manera el desconocimiento del

comportamiento dinámico y aerodinámico de las aeronaves de

ala rotativa.

Antes de la segunda guerra mundial, el español Juan de la Cierva

había dedicado su vida a perfeccionar una aeronave a la que bautizo

con el nombre de "autogiro". Cierva buscaba un diseño que fuera

inmune a la entrada en perdida. Comenzó experimentando con un

avión provisto de una hélice frontal y al que le sustituyo el ala por

unas aspas autogiratorias. El autogiro aprovecha el empuje que le

proporciona la hélice frontal, mientras que el rotor continúa girando

gracias al flujo de aire generado por la hélice. El plano del rotor esta

inclinado hacia atrás, y los extremos de las palas se elevan hacia el

frente y descienden en la parte posterior, de manera que el flujo de

aire asciende diagonalmente a través del disco del rotor.

A partir de la década de 1920, los avances en la construcción de los

helicópteros se dieron de manera rápida y continua. Se desarrollaron

las teorías del Momentum y del Elemento de Pala para entender la

aerodinámica del vuelo, se idearon bisagras de aleteo, bisagras de

adelanto y retraso para contrarrestar el efecto de la disimetría de la

sustentación, se probaron diferentes configuraciones para evitar el

efecto del par motor (rotores en tandem, coaxiales, rotores en ambos

extremos, un rotor principal y uno de cola), y los sistemas de control

adecuados para cada configuración.

Hacia 1955, todos los helicópteros, excepto los más ligeros,

comenzaron a sustituir sus motores de émbolos por turbinas de gas,

que constituyeron el mayor avance en la historia del ala rotativa. Hoy

en día, las turbinas de gas proporcionan la potencia precisa, con una

reducción de tamaño y pesos muy competitivos.


En los últimos cuarenta años, se han realizado amplias

investigaciones y desarrollo científico en las diversas disciplinas

aeronáuticas lo que ha permitido lograr un gran incremento en el

desempeño del helicóptero, aumento en la capacidad de sustentación

del rotor principal, se han logrado mejores eficiencias a altas

velocidades y mejorado la fiabilidad mecánica. Las continuas mejoras

aerodinámicas en la eficiencia del rotor permite al helicóptero lograr

mejor capacidad de carga y un comportamiento más eficiente a

velocidades mayores a los 100 nudos.

A partir de 1980 ha habido un esfuerzo científico acelerado para

entender y superar algunos de los más difíciles problemas técnicos

asociados con el vuelo del helicóptero, particularmente al considerar

las limitaciones aerodinámicas impuestas por el rotor principal. El

desarrollo logrado en los programas de diseño, manufactura e

ingeniería asistidos por computadora y la experimentación de nuevos

materiales permiten obtener diseños de helicópteros más versátiles e

incrementar la viabilidad de otras aeronaves de vuelo vertical.

El helicóptero en la actualidad es seguro, versátil y fiable, y juega un

papel único que no es dado por ninguna otra aeronave. En el área

civil el helicóptero se desempeña como ambulancia, vehículo de

rescate, combate de incendios, vigilancia policíaca, servicios

corporativos, transporte de personal, reportes viales, etc. En lo que

respecta a operaciones militares el helicóptero es utilizado para el

transporte de tropas, barrido de minas, inspección en el área de

combate, misiones de asalto y antitanques, etc.

Con el panorama descrito anteriormente, no es de extrañar que al

comienzo de este milenio haya alrededor de 40,000 helicópteros

volando en todo el mundo y que en operaciones de rescate los


helicópteros hayan salvado la vida de más de un millón de personas

en todo en el mundo.

México cuenta con aproximadamente 255 helicópteros, distribuidos

en los sectores militar y civil, y es uno de los mercados líder en

América latina en la compra de estos aparatos.

Ante ello, compañías como la norteamericana Bell Helicopters,

francoalemana Eurocopter, italiana Agusta, Sikorky y lituana

Aviabaltika intensifican la comercialización de sus aeronaves en

nuestro país.

Aproximadamente el 34% de las unidades tiene uso militar, 23%

para labores corporativas, 21% en corporaciones policíacas, 14%

para trabajos utilitarios y 8% para diversos usos.

Aun así, Bell Helicopters domina en aproximación 40% del mercado

nacional. Se considera que el tráfico vehicular en México es una de

las variables que impulsa el crecimiento de las ventas de alas

rotativas en la parte central del país

2.2 CONFIGURACIONES DE LOS ROTORES EN

HELICOPTEROS

El helicóptero es una aeronave propulsada por un motor en la que la

sustentación, contrariamente a los aviones, no proviene de unas alas

fijas, sino de un conjunto de alas giratorias más conocido como hélice

o rotor, situado en la parte superior del aparato. Este es capaz de

realizar vuelo estacionario para despegar y aterrizar verticalmente,

puede desplazarse en cualquier dirección, gracias a la posibilidad de

inclinar su rotor en referencia a su eje de rotor. La potencia


suministrada al rotor permite crear un levantamiento sensiblemente

perpendicular al disco rotor. Su componente vertical equilibra el peso

del aparato mientras que su componente horizontal equilibra las

fuerzas de resistencia al avance de la maquina.

Los helicópteros, dependiendo de la configuración del o los rotores,

pueden clasificarse como:

Rotor principal/ Rotor de cola (un solo rotor principal)

Tandem (doble rotor principal)

Lado a lado (doble rotor principal)

Coaxial (doble rotor principal)

Sincrocóptero (rotores sincronizados)

Helicóptero con puntas propulsivas

2.2.1 Partes de un Helicóptero

Figura 1. Helicóptero convencional (rotor principal – rotor de cola)

1. Tren de aterrizaje tipo patín 6. Estabilizador horizontal de

perfil invertido

2. Tubo pitot 7. Estabilizador o aleta vertical

3. Mástil del rotor principal 8. Rotor de cola

4. Núcleo del rotor principal 9. Patín de cola

5. Pala 10. Botalón de cola


2.3 INVESTIGACION DE CAMPO

Aunque la explicación de un sistema de control se puede obtener de

las diferentes bibliografías se considero que una investigación de

campo era necesaria debido al valor extra que ofrece.

Específicamente, se realizo la visita en las instalaciones de

Eurocopter, en su parte de mantenimiento, ahí se enfoco para

conocer mas acerca de los movimientos de cada elemento dentro del

mecanismo. El acceso que tuvimos fue ha un helicóptero con un

mecanismo diferente del estudiado en este reporte, sin embargo, los

principios y fundamentos dentro del sistema de movimiento en

cualquier aeronave de ala rotativa de configuración convencional

(rotor principal – rotor de cola) es igual.

Este mecanismo, se describe a continuación en su forma general:

Figura 2. Sistema de control


CAP. III CONSIDERACIONES TEORICAS

3.1 CINEMATICA DE MECANISMOS

La mecánica trata las relaciones entre fuerza, materia y movimiento;

nos disponemos a analizar los métodos matemáticos que describen el

movimiento.

Esta parte de la mecánica recibe el nombre de cinemática.

Las siguientes son consideraciones que fundamentan dicho estudio:

• El movimiento puede definirse como un cambio continuo de

posición.

• En el movimiento real de un cuerpo extenso, los distintos

puntos del mismo se mueven siguiendo trayectorias diferentes,

pero consideraremos en principio una descripción del

movimiento en función de un punto simple (partícula).

• Tal modelo es adecuado siempre y cuando no exista rotación ni

complicaciones similares, o cuando el cuerpo es suficientemente

pequeño como para poder ser considerado como un punto

respecto al sistema de referencia.

• El movimiento más sencillo que puede describirse es el de un

punto en línea recta, la cual haremos coincidir con un eje de

coordenadas.

3.1.1 Introducción

Cinemática y cinética

Cinemática: estudio del movimiento sin consideración de las fuerzas.

Cinética: Estudio de fuerzas en sistemas en movimiento.


Un propósito principal de la cinemática es crear (diseñar) los

movimientos deseados de los elementos mecánicos considerados, y

luego calcular matemáticamente las posiciones, velocidades y

aceleraciones que tales movimientos generarán sobre dichos

elementos.

3.1.2 Mecanismos y máquinas

Mecanismo: Sistema de elementos dispuestos para transmitir

movimiento en un modo predeterminado. Ejemplos: sacapuntas de

manivela, obturador de cámara fotográfica, reloj analógico, silla

plegadiza, lámpara ajustable de escritorio y sombrilla.

Máquina: Sistema de elementos dispuestos para transmitir

movimiento y energía en un modo predeterminado. Ejemplos:

batidora o mezcladora de alimentos, puerta de la bóveda de un

banco, engranaje de transmisión de un automóvil y robot.

3.1.3 Conceptos fundamentales de cinemática

Grados De Libertad

El número de grados de libertad (GDL) de un sistema es el número

de parámetros independientes que se necesitan para definir

unívocamente su posición en el espacio en cualquier instante.

En el plano se requiere de tres parámetros (GDL): dos coordenadas

lineales (x,y) y una coordenada angular (q ).

En el espacio se requiere de seis GDL: tres distancias (x,y,z) y tres

ángulos (α,β,δ).


Se define cuerpo rígido como aquel que no experimenta ninguna

deformación.

3.1.4 Tipos De Movimiento

Rotación pura: El cuerpo posee un punto (centro de rotación) que no

tiene movimiento con respecto al marco de referencia estacionario.

Todos los demás puntos del cuerpo describen arcos respecto a ese

centro. Una línea de referencia marcada en el cuerpo a través de su

centro cambia únicamente en orientación angular.

Traslación pura: Todos los puntos en el cuerpo describen trayectorias

paralelas (curvas o rectas). Una línea de referencia trazada en el

cuerpo cambia su posición lineal pero no su orientación o posición

angular.

Movimiento complejo: Es una combinación simultánea de rotación y

traslación.

3.1.5 Eslabones, juntas y cadenas cinemáticas

Eslabón: Cuerpo rígido que posee al menos dos nodos, que son los

puntos de unión con otros eslabones. El número de nodos le da su

nombre al eslabón: Binario = dos nodos, Terciario = tres nodos, etc.

Junta o par cinemático: Conexión entre dos o más eslabones que

permite algún movimiento o movimiento potencial entre los

eslabones conectados. Pueden clasificarse en varios modos:

1. Por el número de grados de libertad.

• Rotacional 1 GDL

• Prismática o Deslizante 1 GDL


2. Por el tipo de contacto entre los elementos.

• Unión completa o par cinemático inferior: contacto superficial

• Unión media o par cinemático superior: contacto sobre una

línea o un punto

A las juntas con dos GDL se les llama semijuntas.

1. Por el tipo de cierre de la junta.

• Forma: su forma permite la unión o el cierre

• Fuerza: requiere de una fuerza externa para mantenerse en

contacto o cierre.

2. Por el número de eslabones conectados u orden de la junta. Se

define como el número de eslabones conectados menos uno.

Cadena cinemática: Es un ensamble de eslabones y juntas

interconectados de modo que proporcionen un movimiento de salida

controlado en respuesta a un movimiento de entrada proporcionado.

Mecanismo: Es una cadena cinemática en la cual por lo menos un

eslabón ha sido fijado o sujetado al marco de referencia (el cual

puede estar en movimiento).

Máquina: Es una combinación de cuerpos resistentes dispuestos para

hacer que las fuerzas mecánicas de la naturaleza realicen trabajo

acompañado por movimientos determinados. Es un conjunto de

mecanismos dispuestos para transmitir fuerzas y realizar trabajo.


Manivela: Eslabón que efectúa una vuelta completa o revolución, y

está pivotado a un elemento fijo.

Balancín u oscilador: Eslabón que tiene rotación oscilatoria y está

pivotado a un elemento fijo.

Biela o acoplador: Eslabón que tiene movimiento complejo y no está

pivotado a un elemento fijo.

Elemento fijo: Cualesquiera eslabones (o eslabón) que estén sujetos

en el espacio, sin movimiento en relación con el marco de referencia.

3.1.6 Determinación del grado de libertad

Mecanismo cerrado: No tendrá nodos con apertura y puede tener uno

o más grados de libertad.

Mecanismo abierto con más de un eslabón: Tendrá siempre más de

un grado de libertad y con esto necesitará tantos actuadores

(motores) como GDL tenga.

Díada: Cadena cinemática abierta de dos eslabones binarios y una

junta.

Ecuación de Gruebler

GDL = (#Eslabones X 6) - #Restricciones - #Juntas

GDL = 3L – 2J – 3G

Donde:

GDL: número de grados de libertad


L: número de eslabones

J: número de juntas

G: número de eslabones fijados

Ecuación de Kutzbach

GDL = 3(L – 1) – 2J1 – J2

Donde:

L: número de eslabones

J1: número de juntas completas

J2: número de semijuntas

3.1.7 Mecanismos y estructuras

Los GDL de un ensamble de eslabones predicen por completo su

carácter. Hay sólo tres posibilidades:

1) GDL positivo: Se tendrá un mecanismo, y los eslabones tendrán

movimiento relativo.

2) GDL = 0: Se tendrá una estructura, y ningún movimiento es

posible.

3) GDL negativo: Se tendrá una estructura precargada, por lo que

ningún movimiento es posible y algunos esfuerzos pueden también

estar presentes en el momento del ensamble.

Inversión de mecanismos: Consiste en fijar un eslabón diferente en la

cadena cinemática.

Nota: El eslabonamiento de cuatro barras es el mecanismo articulado


más simple posible para movimiento controlado de un grado de

libertad.

3.1.8 Consideraciones prácticas

Junta de pasador simple: Su configuración de perno a través de un

hueco conduce a la captura de una película de lubricante entre las

superficies de contacto cilíndricas. Ejemplo: mecanismo

limpiaparabrisas.

Figura 3. Limpiaparabrisas

Juntas de corredera: Estos elementos requieren una ranura o varilla

rectas cuidadosamente maquinadas. La lubricación es difícil de

mantener ya que el lubricante no es capturado por configuración y

debe ser provisto de nuevo al correr la junta. Ejemplo: los pistones

en los cilindros de un motor.

Figura 4. Cilindros de un motor


Semijuntas: Experimentan aún más agudamente los problemas de

lubricación de la corredera debido a que por lo general tienen dos

superficies curvadas de manera opuesta en contacto lineal, que

tienden a expulsar la capa de lubricante en la unión. Ejemplo: las

válvulas de un motor que se abren y cierran por juntas de leva-

seguidor.

Figura 5. Válvulas de un motor

3.2 REGLAMENTACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL

Todo tipo de aeronaves, ya sea de ala fija o rotativa, están reguladas,

esto, debido a la importancia en seguridad de estos medios de

transporte.

De lo anterior, la importancia de seguir estas regulaciones para el

estudio, cualquiera que este sea, de un sistema cíclico. Esto con el

propósito de contar con toda la información necesaria.

Las Reglas de Aviación Federal (FAR), en su parte 27, norman los

estándares para los sistemas de control de helicópteros

específicamente.


3.2.1 FAR 27. Estándares De Aeronavegabilidad: Categoría

Normal De Las Aeronaves De Ala Rotativa.

FAR 27.1 APLICABILIDAD.

a) Esta parte prescribe los estándares de aeronavegabilidad por cada

clase de certificado tipo y cambios de estas certificaciones, por

categoría normal de aeronaves de ala rotativa con pesos máximos de

7000 lb. (317 kg.) o menos y 9 o menos asientos de pasajeros.

FAR 27.395 SISTEMAS DE CONTROL.

a) La parte de cada sistema de control, desde los controles del piloto

a las paradas del control deben de ser diseñadas para soportar

fuerzas del piloto de:

1) Las fuerzas especificadas en: FAR 27.397 LIMITES DE FUERZAS

DEL PILOTO Y TORQUES.

a) Como es previsto en el párrafo b de esta sección, los límites de

fuerzas del piloto son los siguientes:

Para controles del pie, 130 lb. (60 kg.)

Para controles del bastón, 100 lb. (45 kg.) adelante y atrás, y 67 lb.

(30 kg.) lateralmente.

b) Para flaps, estabilizadores, freno del rotor y controles de operación

del tren de aterrizaje, aplica lo siguiente (R = Radio en plg.):

1) Manivela, volantes y controles del nivel, (1+R)/3 x 50lb, pero no

menos de 50 lb. (22 kg.) ni mas de 100 lb. (45 kg.) para controles

operados a mano o 130 lb. (58 kg.) para controles operados por pie,


aplicados en cualquier ángulo dentro de 20 grados del plano del

movimiento del control.

2) Controles de cambio, 80R plg/lb.

3.3 ERGONOMIA

El movimiento de un sistema de control cíclico de un helicóptero se

puede dividir en dos movimientos; pero no sin antes de dividirlos

mencionar que existe un sin numero de combinaciones entre ellos.

Estos dos tipos de movimientos para su estudio simplificado, serán:

un movimiento longitudinal (adelante y atrás) y lateral (de lado a

lado) que actuaran en un plato oscilante de la misma manera.

Los dos tipos de movimientos se definen como desplazamientos

angulares de los bastones, ya que es el punto del mecanismo en el

que la tripulación tiene un control directo. Cabe mencionar que

aunque se habla de bastones (2) estos están interconectados de tal

forma que su movimiento será idéntico.

De acuerdo a lo explicado anteriormente, estos movimientos deberán

de tener un desplazamiento angular no mayor a 15 grados a partir

del centro. Esto se puede definir gráficamente mediante la siguiente

figura, esto para su mejor entendimiento.


Figura 6. Desplazamientos máximos de los bastones.

Con le propósito de definir más los movimientos del bastón, a

continuación se muestra una figura en la cual define las distancias

horizontales del movimiento de los brazos de un piloto (16 y 20 cm)

para un diseño promedio:

Figura 7. Arreglo ergonómico


1) ver la figura anterior para la explicación de los símbolos. 2) todas las dimensiones lineares están en cm. 3) todas las dimensiones angulares están en grados.

SIMBOLO CONTROL DEL BASTON a 63 (+/- 4) ξ 7° (+/- 2°) p = movimiento hacia delante del punto A 16 (+/- 2) q = movimiento hacia atrás del punto A 20 (+/- 2) r = movimiento hacia los lados del punto A desde el centro*

15 (+/- 2)

v = distancia entre las líneas centrales del pedal

45 (+/- 5)

a 70° (+/- 3°) β1 10˚ β2 22˚ c 77 (+/- 2) γ 21˚ (+/- 1˚) φ 102˚ (+/- 2˚) Vv = rango de ajuste de los pedales desde la posición central B

7 (+/- 2)

Uv = movimiento del pedal delantero y trasero desde la posición central B*

10 (+/- 2)

Sh = rango de ajuste horizontal de S desde la posición central*

< 10

Sv = rango de ajuste vertical de S desde la posición central*

8 (+/- 1)

* no mostrados en la figura.

3.4 CONTROLES DE VUELO.

De manera similar que en los aviones de ala fija, los helicópteros

también requieren de control longitudinal, lateral y direccional.

3.4.1 Generalidades

El control vertical del helicóptero es casi siempre obtenido a través de

una variación directa de la sustentación del rotor o de los rotores. La

forma más común para lograr incrementar la sustentación es a través

del incremento o decremento simultaneo del ángulo de paso de todas

las palas en el rotor. A este control se le llama control colectivo. Otra


manera de lograr incrementar la sustentación es a través de la

circulación, o control de la capa limite a través de los perfiles de la

pala. La variación de la velocidad de giro del rotor, puede también ser

utilizada como un medio directo para aumentar la sustentación, pero

la lenta respuesta resulta en una gran inercia por lo que resulta

impráctica.

El control longitudinal y lateral de los helicópteros con un solo rotor o

coaxiales es usualmente llevado a cabo al inclinar el vector del

empuje por medio del paso cíclico. La inclinación resultante del vector

empuje proporciona una componente horizontal que empuja el rotor

en la dirección deseada mientras que el momento generado gira el

helicóptero alrededor de su centro de gravedad produciendo un

cabeceo, una guiñada, o bien un movimiento coordinado.

El tipo de control empleado en un helicóptero determinado estará en

función de la configuración que presente, es decir por ejemplo, el

control longitudinal en un helicóptero convencional será a través del

mando cíclico, mientras que en una configuración en tandem será la

diferencia de levantamiento provocada al mover simultáneamente los

mandos cíclico y colectivo. El control vertical es el único control que

se obtiene al variar el colectivo en todas las configuraciones.

Es necesario aclarar que en este reporte técnico solo se tiene

contemplado estudiar los helicópteros de configuración convencional,

por lo que de ahora en adelante nos enfocaremos a este tipo de

configuración.

Sistemas de control

Existen cuatro sistemas de control comunes en los helicópteros que

son:


• Sistema de control cíclico

El sistema de control cíclico permite al piloto mantener el

control direccional de la aeronave hacia delante, hacia atrás, hacia la

izquierda o hacia la derecha mientras la aeronave este en vuelo.

• Sistema de control colectivo

El sistema de control del colectivo permite aumentar o

disminuir el ángulo de paso de las palas del rotor. Este control

permite Despegar, ascender y descender.

• Control de cambio de paso del rotor de cola

El rotor de cola es el encargado de contrarrestar el efecto del

par motor en el helicóptero, y a su vez permite variar el ángulo de

paso de las palas del rotor de cola permitiendo de esta manera

realizar virajes.

• Control de potencia

Permite la variación de la potencia en diferentes condiciones de

vuelo.

Figura 8. Combinación de los sistemas de control.


3.4.2 Fuerzas y momentos durante el vuelo

Debido a la amplia gama de características de vuelo que presenta un

helicóptero, el estudio de las fuerzas que actúan sobre él está

dividido en diferentes fases dependiendo de las componentes de

aquellas fuerzas que en ese momento, tienen efecto directo en el

helicóptero. Generalmente, existen cuatro fuerzas principales

presentes en todo tipo de vuelo, ellas son la sustentación, la tracción,

la resistencia y el peso de la aeronave. Las tres primeras de ellas son

consideradas como fuerzas aerodinámicas producidas por el rotor del

helicóptero. El efecto de las fuerzas aerodinámicas generadas por el

fuselaje de la aeronave se discutirá más adelante.

Desde el comienzo del estudio de las aeronaves de ala rotativa, se

han desarrollado diferentes teorías para analizar el rotor del

helicóptero aerodinámicamente, el cual determina en gran parte las

actuaciones durante el vuelo de la aeronave.

Una de las corrientes principales para el estudio aerodinámico del

rotor del helicóptero es la Teoría del Momentum desarrollada por

Glauert la cual se basa en las leyes de la conservación de la energía,

la masa y el momentum.

El rotor es considerado aquí como un disco actuador por el cual se

hace pasar una columna de aire perfectamente definida por un tubo

de sección variable que va desde la parte superior del disco

prolongada hasta el infinito, hasta la parte inferior del mismo de igual

forma prolongada hasta el infinito.

El flujo de aire no se ve afectado por ninguna rotación, además la

variación de presión va desde la presión atmosférica a ese nivel de

vuelo en la parte superior del rotor hasta una presión negativa

máxima instantes antes de pasar por el disco actuador, se genera un


incremento de presión en un instante y posteriormente la presión cae

hasta la presión atmosférica al llegar a la salida del tubo; la velocidad

del fluido va desde cero en la parte superior del disco hasta un valor

máximo a la salida del mismo. Para satisfacer la continuidad de flujo

másico es necesario considerar que la velocidad es continua al

atravesar el disco del rotor. Todo lo que sucede afuera de este tubo

no es perturbado.

Figura 9. Teoría del momentum.

La Teoría del Momentum nos refleja un panorama general del

funcionamiento del rotor del helicóptero además de establecer la

relación básica con la velocidad inducida generada por la demanda de

potencia para producir la suficiente tracción como para elevar la

aeronave. Sin embargo, no se puede estudiar a detalle cómo la

tracción es generada mediante la rotación de las palas del rotor o qué

tipo de criterio de diseño debe de ser aplicado a él.

Es por ello, que esta Teoría de Momentum debe de estar apoyada por

la Teoría del Elemento de Pala la cual considera al rotor como un

conjunto infinitesimal de perfiles aerodinámicos dispuestos uno al

lado del otro, de esta forma, las reacciones estudiadas para uno de

ellos podrán ser luego generalizada a todos los demás. Es

básicamente la aplicación de la Teoría del Perfil aplicado al ala

rotativa.


Son estas dos teorías las que permiten plantear los diferentes tipos

de vuelo para una aeronave de ala rotativa. Se considera que el

viento es calma y no existen factores externos que afecten al

sistema. A continuación se describen algunos de ellos; cabe destacar

que tanto la demostración como el estudio a detalle de las ecuaciones

que definen estas actitudes de vuelo no son el objeto principal de

este documento.

Vuelo Estacionario

La tracción y la sustentación para este caso en especifico, se

encuentran aplicadas en un mismo eje al que el peso y la resistencia

de la aeronave están aplicados pero de sentido contrario. La suma de

todas las fuerzas es igual a cero. El plano de rotación del disco del

rotor es horizontal.

Figura 10. Vuelo estacionario.

Vuelo Vertical

La tracción y la sustentación se encuentran aplicadas en un mismo

eje al que el peso y la resistencia de la aeronave están aplicados pero

de sentido contrario. La suma de las fuerzas es asimétrica por lo que


la aeronave tiende a desplazarse en forma vertical ya sea hacia arriba

o hacia abajo. El plano de rotación del disco del rotor es horizontal.

Vuelo adelante o hacia atrás

Para poder desplazar la aeronave en forma horizontal, es necesario

inclinar el plano de rotación del disco del rotor a fin de que la

resultante de la suma de las fuerzas genere componentes en

diferentes ejes en el espacio; si se desea volar recto y nivelado pero

con velocidad constante, la resultante sustentación-tracción deberá

ser mayor a la resultante peso-resistencia.

Figura 11. Vuelo Traslacional.

Vuelo lateral

El vuelo lateral es de cierta forma similar al vuelo hacia delante; el

plano del disco del rotor debe ser inclinado hacia donde se desea

desplazar, la resultante de las componentes sustentación-tracción

deberá ser mayor a la resultante de las fuerzas resistencia-peso; de

esta manera la aeronave tendrá un direccionamiento controlado. Si

no existe variación en el vector tracción la velocidad de

desplazamiento será constante.


Efecto de Coriolis

Hasta el momento se ha estudiado el comportamiento del rotor en un

ambiente donde no existen perturbaciones en las afueras del sistema,

sin embargo es necesario plantear algunas de ellas para poder

explicar los diferentes dispositivos que tiene incorporados los rotores

desde tiempo atrás.

Se supone que existe un viento de frente impactando con un rotor de

un helicóptero que se encuentra en movimiento, debido al

movimiento de rotación de las palas del rotor, estas no

experimentarán el mismo viento relativo.

Figura 12. Viento Relativo.

Mientras que la(s) pala(s) que se mueve(n) en contra de la dirección

del viento experimenta(n) un incremento en la velocidad del flujo que

pasa a través de ella(s), la(s) pala(s) que va(n) a favor del viento se

encuentra(n) interactuando con una velocidad relativa del flujo

mucho menor.

Esto trae como consecuencia que el rotor en su conjunto experimente

una variación cíclica en el levantamiento que genera el disco. Por ello,

los rotores traen incorporada una bisagra de aleteo en la raíz de las

palas lo que ayuda a reducir las vibraciones.


Figura 13. Bisagra de aleteo.

Sin embargo este dispositivo presenta un inconveniente, conforme el

ángulo de aleteo comience a incrementarse, el centro de gravedad de

la pala se acercará cada vez más al eje de rotación del rotor e

imprimirá una tendencia a acelerar el giro del mismo. De igual forma,

cuando la pala se bate hacia abajo su centro de gravedad se aleja del

eje de giro y esto tiende a desacelerar el rotor. A este fenómeno se le

conoce como Efecto de Coriolis.

Figura 14. Efecto Coriolis.

Par de reacción

Se sabe perfectamente que cuando se aplica una fuerza, se generará

una reacción de igual magnitud pero de sentido opuesto; es

precisamente el efecto que ocurre cuando la planta motriz de la

aeronave imprime un movimiento de rotación al rotor principal. El

cuerpo del helicóptero experimenta una reacción que tiende a hacerlo

girar en sentido contrario al de la rotación del rotor.


Por ello los helicópteros con el tipo de configuración de rotor principal

deben de incorporar al final del botalón de cola, un dispositivo

(generalmente se utilizan rotores de cola auxiliares aunque

actualmente, algunos helicópteros tienen una tobera de salida de

gases que imprime el mismo efecto) capaz de generar una fuerza que

multiplicada por la distancia al eje de rotación del rotor, contrarreste

el efecto del par del motor.

Tendencia a la deriva

Aquellos helicópteros que incorporan sistemas para contrarrestar el

par de reacción, presentan la tendencia de desplazarse lateralmente

en la dirección de la tracción del rotor de cola, (o tobera de salida de

gases).

Figura 15. Tendencia a la deriva.

Sin embargo, existen diferentes soluciones a este problema; una de

ellas es el inclinar ligeramente el mástil del rotor principal con lo que

se genera una pequeña tracción lateral en sentido contrario a la

dirección de la tracción del rotor de cola. Otros helicópteros

contrarrestan esta deriva mediante ajustes en los controles del paso

cíclico con lo que se produce una inclinación en el plano de rotación

del disco del rotor.


Movimiento pendular

Debido a que el fuselaje del helicóptero se encuentra suspendido del

mástil del rotor, los efectos de la fuerza de resistencia al avance que

genera el cuerpo del helicóptero pueden generar movimientos

pendulares.

Por ello, durante el próximo tema de este trabajo estudiaremos la

importancia de los conceptos de estabilidad estática y dinámica.

3.4.3 Estabilidad

La estabilidad es un concepto que adquiere gran importancia durante

el proceso de diseño de los helicópteros; sin embargo para poder

comprender cómo afecta el desempeño de las aeronaves de ala

rotativa, es necesario primero definir que existen dos maneras

fundamentales de ser estable: estáticamente y dinámicamente.

Estabilidad Estática

Se dice que un helicóptero es estable estáticamente cuando después

de ser sometido a una perturbación, éste tiende a regresar a su

estado original. La figura que se muestra a continuación representa lo

arriba descrito:

Figura 16. Estabilidad estática.


De forma contraria cuando una aeronave estáticamente inestable se

ve afectada por una perturbación, el resultado es la tendencia a salir

de su estado original de vuelo. La inestabilidad estática se ve

representada en la siguiente ilustración:

Figura 17. Inestabilidad estática.

Sin embargo, existe una tercer condición conocida como estabilidad

neutra; Cuando una aeronave es estáticamente neutra, ésta asumirá

la posición que la perturbación le provoque hasta no ser afectada por

cualquier otra perturbación.

Figura 18. Estabilidad neutra.

Existen una serie de factores presentes durante el vuelo que deben

ser compensados para considerar a un helicóptero estáticamente

estable:


• Control del rotor principal. Hemos mencionado que el control

direccional de los helicópteros (de configuración convencional)

puede ser logrado mediante la inclinación del plano de rotación

del rotor principal, sin embargo, debido a esta inclinación se

produce un cambio cíclico en el ángulo de ataque de las palas

afectando directamente la distribución del levantamiento

generado por cada una de las palas; la inclinación resultante

del rotor con respecto al fuselaje, producirá un momento con

respecto al centro de gravedad del helicóptero que debe de ser

compensado por un momento en el control cíclico para

mantener al helicóptero en equilibrio estático; debido a que la

cantidad de desplazamiento está limitada por razones

mecánicas, un incremento en el movimiento del bastón cíclico

es la mejor solución para obtener que el desplazamiento del

centro de gravedad sea lo más extenso posible.

• Amortiguación del movimiento de alabeo. Si un helicóptero se

inclina con una velocidad angular determinada, el retraso

resultante del plano de rotor desplaza al vector velocidad y se

produce un momento con respecto al centro de gravedad y son

esta clase de momentos los conocidos como amortiguación de

cabeceo o alabeo dependiendo de los ejes donde ocurren estas

oscilaciones.

• Sensibilidad de control. La combinación del control de rotor

principal y la amortiguación del movimiento de alabeo o

cabeceo dan como resultado una característica que adquiere

gran importancia dentro de las particularidades de vuelo de un

helicóptero; se le conoce como sensibilidad de control y se

define como la máxima razón de alabeo o cabeceo por una

unidad de desplazamiento del control y puede representarse de

tres maneras:


En resumen, los helicópteros con sistema de control convencional

están sujetos a una sensibilidad de control muy elevada y es por ello

que la relación de alabeo máximo obtenida por un helicóptero

pequeño puede alcanzar valores considerables debido al bajo

amortiguamiento.

Estabilidad Dinámica

La estabilidad dinámica de un helicóptero es una relación directa del

número de factores que afectan a la aeronave en conjunto y depende

en gran medida, de las posibles combinaciones de estos. La

estabilidad dinámica sugiere que la perturbación (en su totalidad) a la

que es sometido el helicóptero, es amortiguada por completo en un

lapso de tiempo determinado.

Sensibilidad de Control

Control de potencia / Amortiguamiento de control

Momentos de control / Desplazamiento del bastón

Momento de amortiguación / Velocidad angular

Velocidad angular / Desplazamiento del bastón


Figura 19. Inestabilidad Dinámica

Gracias a los estudios desarrollados durante gran parte del siglo

pasado, el comportamiento del vuelo de los helicópteros se ha podido

plantear en forma analítica casi en su totalidad y de esta manera

resolver ciertas incógnitas que permiten con esto, tener un control

más estricto del desempeño de los mismos.

Cuando un helicóptero es estable dinámicamente, este amortiguará

cualquier desvío de su posición original de vuelo en un determinado

lapso de tiempo; analíticamente sabemos que la etapa de desarrollo

de esta aeronave obtuvo los resultados que satisfacían las ecuaciones

de estabilidad dinámica.

Figura 20. Estabilidad Dinámica

En situaciones de perturbaciones, el rotor y el fuselaje pueden

reaccionar de maneras muy diferentes; por ello, es necesario hacer


hincapié que normalmente debe de estudiarse a las aeronaves de ala

rotativa de tres formas principales en lo que a estabilidad del

helicóptero se refiere: el rotor principal como una entidad

independiente, el fuselaje en forma independiente y la aeronave en

conjunto (fuselaje y rotor). Sin embargo, debido a que el propósito

de este trabajo es otro, el análisis y cálculos correspondientes a la

estabilidad del helicóptero tendrían que ser por si solos, el objeto

principal de otro documento.

3.4.4 Control cíclico

Como mencionamos anteriormente, el control cíclico nos permite

mantener el control direccional del helicóptero.

Como bien se sabe, la fuerza total de sustentación-reacción es

perpendicular al plano de la punta ce las palas del rotor principal.

Cuando este plano se inclina, la fuerza sustentación-tracción se

descompone en la componente horizontal, la tracción y la

componente vertical, la sustentación. El objeto del control cíclico es

inclinar el plano de rotación del rotor en la dirección hacía la cual se

desea el desplazamiento horizontal. Es importante aclarar que el

control cíclico no ejerce efecto sobre la magnitud de la fuerza total

sustentación-empuje, solamente cambia la dirección de esta fuerza,

controlando de este modo la actitud y la velocidad del helicóptero.

La inclinación que sufre el disco del rotor es en la misma dirección en

que es aplicada la presión del cíclico, es decir, si la palanca se mueve

hacia adelante, el disco se inclina hacia delante y así sucesivamente.

Para que esto suceda, el mecanismo articulado entre la palanca del

cíclico y el rotor (a través del plato oscilante) debe ser tal que la

mima deflexión hacia abajo de las palas se alcance en la dirección en


que se desplaza la palanca, por lo tanto, la máxima deflexión hacia

arriba ocurre en el lado opuesto.

El sistema de control cíclico consiste generalmente de la palanca de

mando del cíclico, tubos de torque, una mezcladora, servo actuadores

hidráulicos, tubos de control y bellcranks (Balancines). El movimiento

del control cíclico es transmitido a través de las varillas y de los servo

actuadores hidráulicos hasta el plato oscilante, el cual actúa los

controles rotativos del rotor principal. Los servo actuadores

hidráulicos son incorporados para minimizar el esfuerzo requerido

para mover los controles.

Figura 21. Palanca de control direccional “cíclico”

3.4.5 Control Colectivo

El sistema de control del colectivo permite aumentar o disminuir el

ángulo de paso de las palas del rotor. Este control permite despegar,

ascender y descender.


La palanca del control colectivo se encuentra localizada al lado

izquierdo del asiento del piloto. Este sistema utilizado para

incrementar el ángulo de paso de las palas del rotor principal con el

objeto de incrementar o disminuir la sustentación generada por el

rotor. La palanca del colectivo esta conectada al plato oscilante por

medio de una serie de tubos de control. Al levantar la palanca del

colectivo se incrementa el ángulo de paso de las palas y viceversa, al

moverlo hacia abajo, el ángulo de paso de la pala disminuye. El

desplazamiento de la palanca determina la variación en el ángulo de

paso de la pala.

Como se incrementa el ángulo de paso, la resistencia se incrementa y

las R.P.M. del rotor y del motor tienden a disminuir. En el caso

contrario, una disminución del ángulo de ataque genera disminución

de la resistencia y las R.P.M. del rotor y del motor tienden a

incrementarse. Ya que es esencial que las R.P.M. permanezcan

constantes, debe haber un medio para lograr un cambio proporcional

de la potencia para compensar el cambio de la resistencia.

Esta coordinación entre el cambio de potencia con el cambio del

ángulo de paso es controlado a través de un varillaje del control de

aceleración que se encuentra en la parte delantera de la palanca del

mando colectivo, el cual automáticamente incrementa la potencia

cuando la palanca del colectivo se mueve hacia arriba y disminuye la

potencia en el caso contrario.

El sistema colectivo consiste de un bastón del sistema colectivo,

jackshaft, tubos de control, bellcranks (balancines) y un servo

actuador hidráulico. El movimiento del bastón del colectivo es

transmitido a través de las varillas hasta los servo actuadores y de

ahí a la palanca del plato oscilante del colectivo. El cambio de paso es


transmitido a los controles del rotor principal por el movimiento

vertical del pato oscilante.

Figura 22. Palanca del control colectivo

3.4.6 Control de cambio de paso del rotor de cola

Por medio de los pedales es posible variar el ángulo de paso del rotor

de cola, para contrarrestar el afecto del Par motor. Cualquier cambio

del colectivo requiere ser compensado con variación del ángulo de

paso del rotor de cola.

Es importante mencionar que este control permite al helicóptero

hacer viraje gracias a la variación de la sustentación producida en el

rotor de cola.


Figura 23. Sistema de cambio de paso del rotor de cola

3.4.7 Control de potencia

El control de potencia se hace por medio del acelerador "Twist Grip",

este se encuentra montado en el extremo del bastón del colectivo,

este se encarga de controlar la posición de la palanca de control de la

productora de gases, la cual tiene tres posiciones que son:

a) Corte “Cuttoff”

b) Marcha lenta “Ground idle”

c) Completamente abierta “Full open”

Figura 24. Acelerador


CAP. IV. APLICACIÓN DEL CAD / CAM / CAE

4.1 INTRODUCCIÓN

Las herramientas computacionales CAD/CAM/CAE, cuyo significado es

Diseño Asistido por Computadora / Manufactura Asistida por

Computadora / Ingeniería Asistida por Computadora, cubren todo el

ciclo de desarrollo de un producto, desde la primera idea del

diseñador hasta la obtención de la pieza terminada y lista para el

mercado.

Figura 25. Ciclo del producto

Como modelador combina el diseño paramétrico (detallado

geométrica, posicional y funcionalmente) con el tradicional (no se

relaciona funcionalmente), complementándose con un potente y

fiable módulo para el mecanizado y el análisis térmico y estructural.

Estas herramientas permiten trabajar con secciones sobre o

infradimensionadas, combinar sólidos paramétricos con superficies

complejas evolutivas, permitiendo añadir nuevas especificaciones al

diseño o anular anteriores restricciones, dando al diseñador absoluta

libertad de trabajo.


El principio básico es la utilización del modelo tridimensional como

punto de partida, facilitando la creación de vistas, secciones, detalles

y proyecciones de un modo automático, el dibujo así creado está

totalmente asociado con la pieza de partida. A su vez proporciona las

técnicas de procesado, mallado de la geometría, análisis básico de

esfuerzos y postprocesado de resultados interpretando gráficamente.

También aborda todos los procesos concebidos en el Diseño,

ingeniería, verificación y manufactura de productos, utilizando el

mayor conjunto de soluciones integradas del mercado.

4.2 PRINCIPALES FUNCIONES

• Simula, valida y optimiza digitalmente productos y procesos de

manufactura

• Reduce el tiempo de salida al mercado.

• Incentiva la creatividad y la innovación durante el desarrollo de

producto.

• Todos los equipos de desarrollo pueden utilizar los mismos datos de

producto y propagar automáticamente los cambios en todas las

aplicaciones relacionadas.

• Elimina la necesidad de diferentes sistemas para cada etapa de

proceso, optimizando recursos a través de un ambiente asociativo e

integrado.

• Propone una ingeniería conceptual y planeamiento de producto con

alto nivel de abstracción.


• Captura y aplica las características y pre-requisitos del producto en

una estructura de sistemas interdependientes que permiten la

creación y habilitación de un mayor número de alternativas de

proyecto y operaciones de manufactura.

• Crea y edita rápidamente formas orgánicas complejas.

• Herramientas avanzadas de visualización y sombreado.

• Recursos de alto desarrollo para proyecto mecánico y

documentación.

• Asistentes de proceso para el proyecto de cañerías, chapas

metálicas, componentes en plástico, moldes, matrices, herramental

para estampado, etc.

• Análisis estructural integrado al proyecto

• Mejora la calidad del producto reduciendo o eliminando modelos

físicos y procesos de prueba y error.

• Operaciones de manufactura asociadas al producto garantizando la

calidad y la exactitud del herramental a utilizar.

4.3 MOVIMIENTO EN EL CAD / CAE.

El movimiento de este proyecto, se realizo mediante un software CAD

/ CAE, denominado Unigraphics NX 2, líder mundial en el desarrollo

de diseño de un producto.


Para simular el movimiento en un software CAD / CAE primero se

debe definir el tipo de análisis que se realizará; estos tipos de análisis

se dividen en dos tipos dentro de la aplicación llamada Motion:

• Un análisis en el que no se contemplan las causas (fuerzas) o

también llamado un análisis cinemático

• Un análisis en el que las causas (fuerzas) repercuten en el

mecanismo alterando su posición estática o también llamado

análisis dinámico.

Tras haber realizado un estudio cinemático en un software CAD / CAE

se pueden esperar los siguientes resultados:

• Máximos desplazamientos tanto de un componente como del

mecanismo en su totalidad.

• Un posicionamiento exacto de los puntos de rotación de los

componentes.

• La eficiente interrelación de movimiento entre cada

componente.

• Los grados de libertad reales de cada componente

• Las juntas reales y necesarias dentro del mecanismo

Figura 26. Clase de juntas

• Los componentes fijos que se encuentran dentro del

mecanismo.

• Las restricciones de cada tipo de junta.

• El correcto funcionamiento de un mecanismo.


• La eficaz interrelación entre cada componente.

• Trazo del movimiento.

• Interferencia de objetos.

4.4 TERMINOS DENTRO DE LA APLICACIÓN MOTION

Scenario Navigator: El Navegador de escenarios es una ventana

interactiva dentro de la cual se puede observar y accesar a cualquier

tipo de información referente a la aplicación.

Figura 27. Navegador de escenarios

El icono que despliega el navegador de escenarios es el siguiente:

. A continuación se muestra una figura que simplifica la

explicación del mismo:


Figura 28. Explicación del navegador de escenarios

Scenario: Un escenario es un archivo que describe toda la

información necesaria para la representación del movimiento de ese

mismo escenario, esto se encuentra en el navegador de escenarios;

esto se describe a continuación mediante una imagen ilustrativa.

Figura 29. Escenario

Link: Un eslabón es un cuerpo rígido que tiene dos o más pares o

elementos de apareamiento, por medio del cual se pueden conectar a

otros cuerpos con el fin de transmitir la fuerza o el movimiento. Por lo

general, un eslabón es un miembro rígido que tiene en ambos

Titulo del cuadro

Nombre de la información a la que se puede acceder

A dar un click derecho sobre el nombre de la pieza se despliega la opción pare realizar un escenario nuevo

Nombre de la información que se desplegara o se retraerá

Información, especifica y numerada, desde la cual se podrá editar, borrar, u ocultar temporalmente

Nombre del escenario

Información referente al escenario, es decir, sus eslabones y juntas respectivas.


extremos la posibilidad de conectarse a dos, tres, cuatro o incluso

más conexiones.

Figura 30. Eslabón

La siguiente figura explicara brevemente lo referente a este tema

mediante el cuadro de dialogo:

Figura 31. Explicación del(los) eslabón(es)

Joint: Una junta representa la restricción del movimiento entre dos

eslabones ó entre un eslabón y un marco. Las juntas definen el

Nombre

Geometría(s) del(los) eslabón(es)

Filtro de selección de geometrías, ya sean puntos, curvas, componentes sólidos, etc...

Nombre que al eslabón se le desea dar, este puede ser designado por el usuario o por el software.


movimiento relativo entre los eslabones, ó bien entre éstos y el

marco.

Figura 32. Junta

Las juntas varían en el número de restricciones de acuerdo a su tipo,

la siguiente tabla muestra el tipo de junta, el número de restricciones

y su representación gráfica dentro del software:

Junta Restricciones Representación

De Revolución 5

De Deslizamiento 5

Cilíndrica 4

De Tornillo 1

Universal 4

Esférica 3

Planar 3

Fija 6

Una vez construida la junta, esta tendrá una representación grafica

dentro de la ventana grafica; la siguiente figura representa cada una

de las juntas gráficamente:


Figura 33. Representación grafica de las juntas.

El cuadro de dialogo referente a las juntas se explica mediante la

siguiente figura:


Figura 34. Explicación de la(s) junta(s)

Nombre de la operación

Opción en donde se define el tipo de junta que se necesita o se desea utilizar.

Sección de los pasos: el

primero de ellos es el declarar el primer eslabón involucrado; el segundo

es el declarar la dirección del movimiento;

el último es el declarar el segundo eslabón involucrado (este no será necesario cuando el movimiento sea con respecto al marco.

Filtro de geometría

Escala de la representación grafica

Nombre de la junta que se le atribuirá a la junta


Animation: La animación es la parte dentro del software donde se

representa una simulación de movimiento de todos los componentes

de un mecanismo, para que ésta se lleve a cabo se tiene que declarar

todas las partes del mecanismo que tienen movimiento como

eslabones (links), y después la clase de movimiento de cada

interconexión de los componentes, joints (juntas), como se indica en

el próximo capitulo.

Figura 35. Animación


CAP. V SIMULACION

5.1 INTRODUCCION

Este proyecto, parte de un modelado y ensamblado previamente

realizado; este modelado se llevo a cabo mediante la aplicación

Modeling, dentro de la cual se definieron todas las medidas que cada

uno de los componentes deberían de tener, una vez completado y

definido todo el numero de componentes se definieron todas las

restricciones para así poder llevar a cabo el ensamble

correspondiente, esto ultimo mediante la aplicación Assemblies.

Una vez modelado y ensamblado el sistema de control del

helicóptero, se pueden hacer varios estudios dentro de un software

CAD / CAE , debido a que el propósito de este trabajo es un estudio

cinemático, la aplicación necesaria para un estudio de éste tipo es la

denominada aplicación motion (movimiento).

Figura 36. Movimiento

Cabe mencionar que al desplegarse la ventana de la aplicación, ésta

contendrá una diversidad de iconos de los cuales solo serán utilizados

aquellos que se requieran para un análisis cinemático y así no

dinámico.

Es recomendable que para la solución de cualquier problema primero

se entienda completamente, es decir, en nuestro caso en específico

que se conozcan los componentes, que se conozca la relación entre


ellos, que se definan los puntos de desplazamiento, que se definan

las partes fijas, etc.

5.2 ANÁLISIS DE MOVIMIENTO

5.2.1 Vuelo adelante o hacia atrás

Para poder llevar al helicóptero a una condición de vuelo hacia

delante es necesario inclinar el plano de rotación del disco del rotor, a

fin que la resultante de las fuerzas genere una componente hacia

delante que permita al helicóptero avanzar en esta dirección, y,

viceversa en el caso del vuelo hacía atrás.

Para lograr dicha inclinación del disco del rotor es necesaria la

interacción del sistema de control cíclico del helicóptero. El piloto al

"jalar" hacia él, el bastón cal control cíclico genera un movimiento

hacia atrás de la leva que es trasmitido a través del yugo a la

mezcladora provocando que 'jale' a los tubos de control de donde se

trasmite el movimiento al plato oscilante para inclinar el disco del

rotor hacia atrás. Cuando se desea inclinar el disco hacia adelante, el

piloto "empuja" el bastón del control cíclico hacia delante, la leva se

mueve hacia delante, el movimiento es trasmitido por el yugo a la

mezcladora la cual "empuja" los tubos de control hacia arriba

provocando que el disco se incline hacia adelante.


Figura 37. Sistemas de control cíclico

De lo anterior podemos ver la importancia del correcto reglaje de este

sistema ya que todos los componentes juegan un papel específico

que finalmente generara determinada actuación. Si por ejemplo se

efectúa un mal reglaje en los tubos de control, el piloto no llegara a

obtener la actitud deseada por el helicóptero ya que el

desplazamiento que el efectúe en el bastón no genera el cambio

esperado.

5.2.2 Vuelo lateral

El vuelo lateral es de cierta forma similar al vuelo hacia delante. Para

llevarlo a cabo es necesario también inclinar el disco del rotor ya sea

a la derecha o izquierda (según hacia donde se desee el movimiento)

para de esta manera generar una componente en la dirección

deseada que permita el desplazamiento del helicóptero.

Para que el piloto pueda llevar a cabo el vuelo lateral es necesario

que mueva el bastón del control cíclico lateralmente (Vuelo a la

derecha/izquierda), de esta manera la leva del control cíclico se


inclinara hacia el mismo lado que el bastón, el yugo por lo tanto

provocara que uno de los brazos de la mezcladora suba mientras el

otro baja (según la dirección del movimiento), por lo que un tubo de

control subirá y el otro bajara inclinando el plato oscilante hacia la

dirección en que el bastón ha sido posicionado.

Es importante mencionar que los helicópteros actuales utilizan servos

hidráulicos que han permitido minimizar la fuerza que debe emplear

el piloto para llevar a cabo los cambios en la actuación del

helicóptero. Para efectos de este trabajo se representaron a través de

actuadores y levas (bellcranks) con la finalidad de ilustrar mejor el

movimiento.

Figura 38. Movimiento lateral del control cíclico.


5.3 ANALISIS DE COMPONENTES

Figura 39. Ensamble

5.3.1 Bastón

El bastón del control cíclico es uno de los dispositivos que permiten

interactuar al piloto con los mecanismos de control direccional del

helicóptero. Su diseño obedece a la disposición ergonómica del piloto

en el habitáculo de la aeronave. Permite transmitir movimientos

longitudinales, transversales o la combinación de estos a los

mecanismos de control direccional. Interactúa directamente con la

leva del control cíclico.

Figura 40. Bastón


5.3.2 Leva del control cíclico

La leva del control cíclico es el dispositivo que permite tener un punto

de pivoteo al bastón del control cíclico además que es la que permite

transmitir los movimientos generados desde el bastón hasta el rotor

principal. Es de diseño simple pero efectivo, tiene uniones con

características especiales dependiendo de las partes con las que

trabaja, ejemplo: el bastón del control cíclico esta unido a esta leva

mediante una unión rígida; una base sujeta al suelo de la aeronave

se une con la leva mediante un acoplamiento esférico de tal manera

que se tenga libertad total para girar la leva en cualquier dirección;

tanto el tubo de control como el yugo poseen uniones esféricas dando

libertad total de movimiento de tal manera que estos dos últimos

componentes puedan acompañar a la leva en cualquier movimiento

dictado por el bastón del control cíclico.

Figura 41. Leva del control cíclico

5.3.3 Base de la leva del control cíclico

La base de la leva del control cíclico permite tener un punto de apoyo

para cualquier movimiento que se deseé realizar con los controles del

mando cíclico; es ella quien conecta de forma directa el fuselaje de la

aeronave con los sistemas de control de vuelo de la misma. Además


por diseño, es uno de los elementos estructurales que dan estabilidad

y posicionamiento a los mecanismos que componen el control cíclico.

Posee dos brazos principales que permiten alejar del suelo de la

aeronave a la leva de control cíclico con el fin de evitar cualquier

contacto indeseable por interferencias entre los componentes. En el

extremo de estos brazos se instala un rodamiento esférico que

permite girar en cualquier dirección a la leva del control cíclico.

Figura 42. Base de la leva del control cíclico

5.3.4 Varilla de interconexión de mandos y tubo de control

La varilla de interconexión es una varilla de sección variable que

permite transmitir los movimientos transversales que el piloto

imprime al bastón de mando, hacia el bastón secundario o en un

ámbito más general, interconecta a los dos controles si estos existen.

A pesar que ayuda de sobre manera a la transmisión de los

movimientos transversales entre los dos mandos, el movimiento

principal es transmitido por el yugo hacia la mezcladora. Su diseño al

igual que otros componentes, es sencillo pero funcional: en los

extremos tiene incorporados dos terminales en forma de "U" que

permiten fijar en su parte intermedia un rodamiento esférico con el

fin de acoplarlo a la leva del control cíclico de tal forma que la


restricción de movimientos circulares sea nula entre estos dos

componentes.

Por su parte, los tubos de control también se encargan de trasmitir el

movimiento recibido en la mezcladora al plato oscilante. Los tubos de

control están compuestos por pequeñas partes: los extremos del tubo

son generalmente ajustables para permitir efectuar los reglajes

necesarios.

Figura 43. Varilla de interconexión de mandos

5.3.5 Yugo

El yugo es la conexión principal entre las dos levas del control cíclico

con la mezcladora puesto que es él quien transmite los movimientos

longitudinales y transversales a esta última. Es una barra rígida en

forma de arco la cual se conecta en sus extremos con la(s) leva(s)

del control cíclico mediante unos rodamientos esféricos que permiten

los movimientos circulares sin restricción; en su parte central se

extiende un brazo que permite conectarlo con la mezcladora a través

de, nuevamente, rodamientos esféricos.

Figura 44. Yugo


5.3.6 Mezcladora

La mezcladora del control cíclico es un dispositivo que como su

nombre lo indica, permite combinar los movimientos transversales y

longitudinales provenientes del bastón del control cíclico transmitidos

por el yugo hacia el rotor del helicóptero a través de unas varillas,

actuadores y otros componentes que más adelante se discutirán. Es

uno de los elementos claves para el funcionamiento adecuado del

mecanismo. En todas sus articulaciones intervienen dos elementos:

los rodamientos junto con una unión esférica.

En su parte inferior, la mezcladora está acoplada con el yugo

mediante una unión que le permite moverse circularmente en

cualquier dirección. En su parte superior existen 2 pares de brazos

principales, uno de ellos va conectado a varillas y actuadores que

definen la posición cíclica del rotor, las uniones que en esos brazos se

tienen son también esféricas por lo tanto, los movimientos circulares

están libres de restricciones; el otro par de brazos controla la posición

del colectivo del rotor.

Figura 45. Mezcladora


5.3.7. Plato oscilante

El plato oscilante es la parte que permite transmitir los cambios

cíclicos al rotor principal a fin de definir una dirección de vuelo

determinada. Esta compuesto por una cantidad considerable de

partes que en conjunto dan a este la posibilidad de moverse con

trayectorias circulares a una parte que se encuentra montada sobre

una flecha en revolución (mástil principal del helicóptero), por ello, su

diseño es hasta cierto punto complejo. Cuenta con dos brazos que

permiten responder a los movimientos de mando que el tripulante de

la aeronave imprime al bastón de mando del control colectivo; en las

terminales de estos brazos se encuentran instalados rodamientos

esféricos que permiten recibir diferentes movimientos del mecanismo.

Figura 46. Plato oscilante

5.4 PROCEDIMIENTO

La metodología de la simulación propuesta en este trabajo es el

primero encontrar el eslabón que sea el punto de mando principal

(para nuestro caso en específico, un bastón), para posteriormente a

éste eslabón definirle la junta que tendrá un movimiento entre éste

eslabón y el marco, ya sea constante, harmónico, general ó

articulado.


El siguiente paso a seguir es el realizar una simulación previa para así

verificar que efectivamente el punto de mando principal esta

realizando el movimiento de acuerdo a como debe ó se espera que

sea; Este punto es crucial ya que de acuerdo a su movimiento se

basarán los demás eslabones y juntas a declarar.

Una vez cumpliendo con los requerimientos anteriores, éste método

se basa en la acción y reacción que un componente tiene sobre otro

para así establecer una cadena de eslabones y juntas.

Cuando la simulación del control de mando principal es satisfactoria,

se procede a establecer el(los) nuevo(s) eslabón(es) inmediato(s) con

sus respectivas juntas para de esta forma poder transmitir el

movimiento correctamente paso a paso “eslabón por eslabón(es)”.

Entiéndase por eslabón(es) inmediato(s) aquellos que están apegados

muy directamente entre ellos.

Para asegurar que la transmisión de movimiento se esta llevando a

cabo de una manera correcta, en éste punto se realiza una simulación

que así lo demuestre.

El paso en el que se declaran eslabones y juntas inmediatas y así

mismo la animación al término de éste es un paso que se repite

constantemente para así tener una cadena de movimientos correctos

hasta el final.

5.5 PUNTO DE MANDO PRINCIPAL

El punto de mando principal es, para este estudio especifico, la

relación que la tripulación tiene directamente con el mecanismo,

como los movimientos de una persona afectan al mecanismo y como

a su vez el mecanismo es afectado por fuerzas externas; de acuerdo


a esto la interpretación del movimiento principal es el punto de

partida.

El eslabón del mando principal podrá estar contenido no solo por un

componente, sino por el(los) numero(s) de componente(s) que en

primera instancia tengan el movimiento principal en conjunto.

La junta que este deberá de tener, será la relación que este tenga

con el marco para así provocar un movimiento relativo. El

movimiento relativo entre el eslabón y el marco será definido por el

tipo de movimiento que se desee realizar (constante, harmónico,

general o articulado). Para nuestro caso en específico será una junta

de revolución (en el eje X para los lados y eje Y para delante y atrás)

entre la leva y la base de la leva con un movimiento harmónico; este

tipo de movimiento nos permite ver una representación mas acorde a

nuestras necesidades (adelante/atrás, izquierda/derecha).

Una vez definido el tipo de movimiento, harmónico, se debe de

especificar los valores necesarios para su correcto funcionamiento

del mismo; estos valores son: para una actitud de vuelo lateral una

amplitud de 5 y frecuencia una de 500; y para un desplazamiento

del helicóptero longitudinal (adelante y atrás) una amplitud de 10 y

una frecuencia de 500.

En la siguiente figura se demuestra lo anteriormente explicado con

los dos escenarios respectivos.

Para un movimiento hacia delante y atrás:


Figura 47. Movimiento hacia delante y atrás

Para un movimiento hacia los lados:

Figura 48. Movimiento hacia los lados


5.6 SECUENCIA DE MOVIMIENTO

El propósito de éste punto es establecer un proceso repetitivo para

que a su vez se logre obtener una cadena de movimientos

secuenciales, es decir, simulaciones secuenciales que lleven al

mecanismo a un movimiento resultante desde la primera hasta el

final.

El(los) eslabón(es) es (son) aquel(los) que están apegados entre sí

para una siguiente simulación.

Por lo tanto, para definir los eslabón(es) se debe de tener en mente

la siguiente simulación, para de esta manera conocer los

componentes que intervienen y posteriormente dividirlos en el

número de el(los) eslabón(es).

Una vez definido(s) el(los) eslabón(es) hasta el momento se debe de

declarar el tipo y posicionamiento de las juntas para así poder

continuar con el movimiento; Las juntas para nuestro mecanismo en

específico son de revolución, y el posicionamiento depende de las

articulaciones que existen en cada uno de los componentes. Nótese

que en este punto, ninguna de las articulaciones que se establecen

aquí tienen movimiento ya que este esta inferido por pura

transmisión del principal.

Este paso, es un paso repetitivo que se llevara a cabo tanto numero

de pasos como numero de animaciones se conciban.

La siguiente figura, muestra lo anteriormente explicado en los dos

escenarios específicos, esto en su segunda animación solamente.

Para un movimiento longitudinal:


Figura 49. Movimiento longitudinal

Para un movimiento lateral:

Figura 50. Movimiento lateral


CONCLUSIONES

Mediante la implementación de la aplicación Motion del software

Unigraphics NX2 al sistema de control cíclico, se pudo verificar los

movimientos en las actuaciones del sistema.

Las actuaciones del sistema se dividieron en dos simples

movimientos, estos son: movimiento longitudinal (adelante, atrás)

movimiento lateral (a los lados).

Una vez obtenida la simulación se observo que cuando uno de los

bastones se mueve en cualquiera de las direcciones antes

mencionadas, este desencadena una serie de movimientos a los

componentes que conforma el sistema, teniendo una repercusión

directa en el rotor principal y así en el desplazamiento que el

helicóptero realice. Esto es: cuando el bastón se mueve hacia

delante, el helicóptero también, de la misma forma cuando este se

mueva hacia atrás; cuando el bastón se mueva hacia cualquiera de

los lados, el helicóptero lo hará de la misma forma.

El método que se utilizo, se encontró muy sencillo para la aplicación a

este sistema ya que a través del mismo se puede saber si lo que se

plantea en el momento es funcional para el sistema; resulto mucho

mas sencillo una vez que se simplificaron los movimientos, esto tuvo

una especial repercusión en el tipo de juntas a manejar (de

revolución).

Durante el proceso de simulación, se encontró que los puntos de

pivoteo a veces no son reconocidos por el software, esto tuvo su

solución en el inserta puntos y después añadirlos como parte del

eslabón a pivotear.


En este trabajo se puede observar que mediante el software

“Unigraphics, NX2” la simulación del movimiento del sistema de

control cíclico de un helicóptero Bell 206 es correcta. Esto se

encuentra en el siguiente archivo del disco adjunto:

D: CONTROL DE HELICOPTERO1 MOTION /Assembly

Así:

• Con éstas herramientas CAD / CAE / CAM se puede realizar un

completo estudio de los movimientos respectivos y así facilitar

todas las actividades que se realicen por parte del personal

técnico involucrado en el mantenimiento, operación y diseño de

los helicópteros.

• Al término de éste proyecto se puede comprender y analizar

una visualización del funcionamiento del control cíclico, la cual

permite al operador pilotear de una manera más segura y

lograr mejores actuaciones del helicóptero.


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