PROYECTO FIN DE CARRERA Diseño y …aero.us.es/sesteban/pdf/PFC/Propulsion/PFC_Hugo/PPT_PFC...Diseño y construcción de una bancada para caracterización de plantas propulsoras por

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

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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

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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


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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.

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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

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MOTOR BATERÍAS

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INTRODUCCIÓN

MOTOR Y BATERÍAS

AXI 5345/16 Battery Pack T600 de ion-litio

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

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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


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INVESTIGACIÓN DE PLATAFORMAS SIMILARES

BANCADAS DE ENSAYOS

ESTÁTICOS

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BANCADAS DE ENSAYOS

EN TÚNEL DE VIENTO


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DISEÑO DE LA BANCADA

EVOLUCIÓN

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MODELO 1 • Ventajas: Modelo sencillo y eficaz de transmisión de cargas

• Inconvenientes: Demasiado voluminoso y poco protegido frente al viento


EVOLUCIÓN

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MODELO 2 • Ventajas: Protección contra el viento y sistema de contrapeso simplificado

• Inconvenientes: Posible volcado frente en el túnel de viento


EVOLUCIÓN

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MODELO 3 • Ventajas: Funcionamiento en el túnel de viento y en estático. Simplificación de todo el modelo. • Inconvenientes: Materiales y fabricación no depurados.


EVOLUCIÓN

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MODELO 4 • Ventajas: Elección de materiales y fabricación depurados


DISEÑO ELEGIDO

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DISEÑO ELEGIDO: MODELO 4 DIVISIÓN EN 3 PARTES: 1. BASE FIJA 2. CAJA ELECTRÓNICA 3. BANCADA TÚNEL

DISEÑO DE LA BANCADA DISEÑO ELEGIDO FUNCIONAMIENTO

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DISEÑO DE LA BANCADA DISEÑO ELEGIDO

DESCRIPCIÓN

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• BASE FIJA

1. TABLA DE LA BASE 2. APOYO


DESCRIPCIÓN

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•CAJA ELECTRÓNICA

1. TAPADERA 2. PAREDES 3. BASE 4. BISAGRAS DE PIANO 5. TABLONES 6. VELCRO


DESCRIPCIÓN

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•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


DESCRIPCIÓN

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•BANCADA TÚNEL CARCAS Y BASE

BASE BISAGRA

ESCUADRAS DE PLACA 1


DESCRIPCIÓN

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•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


DESCRIPCIÓN

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•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

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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

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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.


SISTEMA DE TELEMETRÍA 1

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1. JETIBOX 2. SPIN 99 OPTO 3. MUI 150 4. MRPM 5. EXPANDER

JETIBOX SPIN 99 OPTO MUI 150 MRPM EXPANDER


SISTEMA DE TELEMETRÍA 2

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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

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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

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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

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•GALLETA

Tensión máxima: 1’86 Mpa

Desplazamiento máximo: 6’02·10-6 m

•PLACA A

Tensión máxima: 9,81 Mpa


•PLACA 1



•PLACA 2



•VIGA SOPORTE

Desplazamientos

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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

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•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

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•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))

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TESTADO

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• TESTADO MEDIANTE EXPERIMENTOS CON UTILIZACIÓN DE CARGAS 1. CÉLULA DE CARGA 2. SENSOR DE PAR

TESTADO

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• TESTADO MEDIANTE DISPOSITIVOS DE MEDIDA 1. SENSOR DE INTENSIDAD Y VOLTAJE 2. SENSOR DE REVOLUCIONES

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DATOS

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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

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PROYECTO FIN DE CARRERA DE ELIO CARRASCO ENSAYOS EN ESTÁTICO Y TÚNEL DE VIENTO SISTEMA DE TELEMETRÍA 2

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CONCLUSIONES Y MEJORAS

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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

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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