Desenvolvimento de Helicóptero Experimental Biplaza

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Ticomán 
 
Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala i
 
Contenido Página 
Agradecimientos .............................................................................................................................................. xv 
Dedicatoria ....................................................................................................................................................... xvi 
Abreviaturas................................................................................................................................................... xviii 
Introducción.....................................................................................................................................................xix 
Designación de números parte / ensambles ................................................................................................xxi 
Capítulo 1 Modelado geométrico del rotor principal .............................................................................. 1 
1.1 Objetivos ................................................................................................................................................ 1 
1.2 Unidades ................................................................................................................................................ 1 
1.3 Descripción del rotor principal ............................................................................................................ 2 
1.4 Descripción de los sistemas del rotor ................................................................................................ 3 
1.5 Estudio comparativo de rotor con helicópteros similares ............................................................... 5 
1.6 Otras especificaciones de diseño ....................................................................................................... 7 
1.7 Proceso de desarrollo de una aeronave (ADP)................................................................................10 
1.8 Código ATA..........................................................................................................................................11 
1.9 Proceso dinámico de estructura integrada ......................................................................................12 
1.10 Lista de materiales ..............................................................................................................................13 
1.10.1 Modelado geométrico .........................................................................................................................14 
1.11 Análisis de tolerancias .......................................................................................................................16 
1.11.1 Aplicación en el diseño ......................................................................................................................16 
1.11.2 Análisis de tolerancias en secciones................................................................................................17 
1.12 Secuencia de ensamble......................................................................................................................20 
1.13 Selección de materiales y procesos .................................................................................................23 
1.13.1 Requisitos generales para la selección de materiales/procesos...................................................24 
1.13.2 Selección de procesos de manufactura ...........................................................................................24 
1.13.3 Procesos seleccionados ....................................................................................................................25 
Capítulo 2 Modelado geométrico de la transmisión .............................................................................31 
2.1 Objetivo particular...............................................................................................................................31 
2.2 Justificación ........................................................................................................................................31 
2.3 Alcance.................................................................................................................................................31 
2.4 Antecedentes y consideraciones teóricas .......................................................................................31 
2.4.1 Concepto..............................................................................................................................................31 
2.4.2 Tipos de transmisión mecánica.........................................................................................................31 
2.4.3 Engranaje .............................................................................................................................................32 
2.4.4 Función de la transmisión en un helicóptero...................................................................................33 
2.4.5 Ejemplos de arreglos de transmisión para las diferentes configuraciones de 
aeronaves de ala rotativa ...................................................................................................................33 
2.5 Toma de decisiones ............................................................................................................................35 
2.6 Desarrollo del proyecto ......................................................................................................................36 
2.6.1 Cálculos dimensionales de los principales componentes de la transmisión ..............................36 
2.6.2 Modelado..............................................................................................................................................43 
2.6.3 Diseño de detalle.................................................................................................................................46 
2.6.4 Manufactura y costos de producción ...............................................................................................48 
 
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Capítulo 3 Modelado geométrico de la estructura ................................................................................51 
3.1 Justificación ........................................................................................................................................51 
3.2 Objetivo general ..................................................................................................................................51 
3.2.1 Objetivos específicos .........................................................................................................................51 
3.3 Marco teórico.......................................................................................................................................51 
3.3.1 Método de los nodos ..........................................................................................................................52 
3.3.2 Método de las secciones....................................................................................................................54 
3.4 Alcance.................................................................................................................................................55 
3.5 Modelado..............................................................................................................................................55 
3.5.1 Modelado de la estructura semi-monocoque...................................................................................553.5.2 Modelado de la armadura...................................................................................................................59 
3.6 Manufactura .........................................................................................................................................63 
3.7 Análisis de costos...............................................................................................................................72 
Capítulo 4 Modelado geométrico de los controles de vuelo................................................................75 
4.1 Objetivo ................................................................................................................................................75 
4.1.1 Objetivos particulares.........................................................................................................................75 
4.2 Marco teórico.......................................................................................................................................75 
4.2.1 Controles de vuelo ..............................................................................................................................75 
4.2.2 Fuerzas y momentos presentes durante el vuelo............................................................................76 
4.2.3 Control cíclico .....................................................................................................................................76 
4.2.4 Control colectivo .................................................................................................................................77 
4.2.5 Control anti-torque..............................................................................................................................77 
4.3 Diseño controles cíclico y colectivo .................................................................................................78 
4.3.1 Control cíclico .....................................................................................................................................78 
4.3.2 Control colectivo .................................................................................................................................78 
4.4 Ensamble mando cíclico colectivo....................................................................................................82 
4.5 Diseño del control anti-torque ...........................................................................................................83 
4.6 Manufactura .........................................................................................................................................85 
4.7 Planos...................................................................................................................................................87 
4.8 Ensamble completo del sub-sistema ................................................................................................88 
4.8.1 Ensamble completo sistema de control de una aeronave de ala rotativa ....................................88 
Capítulo 5 Modelado geométrico del embrague motor-transmisión...................................................91 
5.1 Objetivo general ..................................................................................................................................91 
5.2 Objetivos específicos o particulares.................................................................................................91 
5.3 Antecedentes.......................................................................................................................................91 
5.3.1 Breve descripción del sistema ..........................................................................................................92 
5.4 Marco teórico.......................................................................................................................................94 
5.4.1 Concepto y diseño del embrague en un aeronave de ala rotativa con motor de 
pistón....................................................................................................................................................94 
5.4.2 Elementos asociados al embrague del motor y la transmisión .....................................................95 
5.4.3 Polea y banda ......................................................................................................................................96 
5.5 Desarrollo.............................................................................................................................................98 
5.5.1 Diseño conceptual ..............................................................................................................................98 
5.5.2 Procesos de manufactura ................................................................................................................109 
5.5.3 Costos de producción ......................................................................................................................113 
5.5.4 Análisis de esfuerzos y deformaciones..........................................................................................114 
5.6 Recomendaciones.............................................................................................................................116 
Capítulo 6 Modelado geométrico del tren de aterrizaje......................................................................117 
6.1 Objetivos específicos .......................................................................................................................117 
6.2 Antecedentes.....................................................................................................................................117 
6.2.1 Breve descripción del sistema ........................................................................................................117 
 
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6.3 Marco teórico.....................................................................................................................................118 
6.3.1 Concepto y diseño de una aeronave de ala rotativa .....................................................................118 
6.3.2 Sistema de tren de aterrizaje y su relación con los demás sistemas..........................................118 
6.3.3 Trenes de aterrizaje de aeronaves de ala rotativa .........................................................................119 
6.3.4 Análisis de carga...............................................................................................................................122 
6.3.5 Normatividad .....................................................................................................................................131 
6.4 Desarrollo...........................................................................................................................................131 
6.4.1 Modelado............................................................................................................................................131 
6.4.2 Procesos de manufactura ................................................................................................................139 
6.4.3 Costos de producción ......................................................................................................................140 
6.5 Análisis de resultados ......................................................................................................................141 
6.5.1 Análisis asistido por computadora en ANSYS V 11.0 ...................................................................141 
Capítulo 7 Modelado geométrico del sistema de combustible..........................................................1537.1 Objetivo ..............................................................................................................................................153 
7.2 Alcance...............................................................................................................................................153 
7.3 Justificación ......................................................................................................................................153 
7.4 Antecedentes.....................................................................................................................................153 
7.4.1 Generalidades....................................................................................................................................153 
7.4.2 Tipos de sistemas de combustible..................................................................................................154 
7.4.3 Componentes del sistema de combustible ....................................................................................155 
7.5 Marco teórico.....................................................................................................................................161 
7.5.1 Coeficiente de transferencia de calor global..................................................................................164 
7.5.2 Diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD)...................................................................165 
7.5.3 Pérdidas de presión en el intercambiador......................................................................................165 
7.6 Desarrollo...........................................................................................................................................165 
7.6.1 Modelado geométrico .......................................................................................................................165 
7.6.2 Estimación de peso y centro de gravedad .....................................................................................180 
7.6.3 Diseño de detalle...............................................................................................................................185 
7.6.4 Análisis de costos.............................................................................................................................185 
Capítulo 8 Modelado geométrico de la cabina ....................................................................................187 
8.1 Objetivo ..............................................................................................................................................187 
8.1.1 Objetivos particulares.......................................................................................................................187 
8.2 Problemas con el diseño currentilineo del fuselaje ......................................................................187 
8.2.1 Resistencia al avance del fuselaje ..................................................................................................187 
8.3 Arrastre vertical y pérdida de descarga..........................................................................................189 
8.3.1 Recuperación del arrastre vertical ..................................................................................................189 
8.3.2 Fuerza lateral del fuselaje.................................................................................................................190 
8.4 Tamaño del compartimiento para la tripulación ............................................................................190 
8.4.1 Normalización del habitáculo (cabina)............................................................................................190 
8.5 Modelado de la cáscara de la cabina ..............................................................................................191 
8.6 Materiales...........................................................................................................................................199 
8.6.1 Metales ferrosos................................................................................................................................199 
8.6.2 Aleaciones de aluminio ....................................................................................................................200 
8.6.3 Plásticos.............................................................................................................................................200 
8.7 Manufactura .......................................................................................................................................201 
8.7.1 Definición de la operación................................................................................................................203 
8.8 Costo ..................................................................................................................................................209 
8.8.1 Análisis de costos.............................................................................................................................209 
8.8.2 Determinación del costo de los componentes del subsistema ...................................................209 
Capítulo 9 Modelado geométrico del sistema eléctrico .....................................................................211 
9.1 Justificación ......................................................................................................................................211 
 
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9.2 Alcance...............................................................................................................................................211 
9.3 Objetivo ..............................................................................................................................................211 
9.3.1 Objetivos particulares.......................................................................................................................211 
9.4 Marco teórico.....................................................................................................................................211 
9.4.1 Antecedentes.....................................................................................................................................211 
9.4.2 Sistema eléctrico...............................................................................................................................212 
9.5 Desarrollo...........................................................................................................................................216 
9.5.1 Consideraciones generales..............................................................................................................216 
9.5.2 Aplicación de la energía eléctrica ...................................................................................................221 
9.5.3 Capacidad del sistema eléctrico......................................................................................................222 
9.5.4 Análisis de acotación funcional ......................................................................................................223 
9.6 Peso del sistema ...............................................................................................................................226 
9.7 Centro de gravedad...........................................................................................................................226 
9.8 Costo del sistema..............................................................................................................................227 
9.9 Diagrama eléctrico ............................................................................................................................227Capítulo 10 Modelado geométrico de los instrumentos de navegación.............................................228 
10.1 Objetivo ..............................................................................................................................................228 
10.1.1 Objetivos particulares.......................................................................................................................228 
10.1.2 Alcances.............................................................................................................................................228 
10.1.3 Instrumentos electrónicos de vuelo (Electronic Flight Instruments) .........................................228 
10.1.4 Proceso de modelado de los componentes del sistema de navegación ...................................232 
10.1.5 Costos ................................................................................................................................................238 
Capítulo 11 Modelado geométrico de los instrumentos de monitoreo de la máquina......................239 
11.1 Planteamiento del problema ............................................................................................................239 
11.2 Objetivo ..............................................................................................................................................239 
11.3 Justificación ......................................................................................................................................239 
11.4 Alcance...............................................................................................................................................239 
11.5 Marco teórico y referencial...............................................................................................................239 
11.6 Desarrollo...........................................................................................................................................240 
11.6.1 Antecedentes.....................................................................................................................................241 
11.6.2 Tablero de instrumentos ..................................................................................................................241 
11.6.3 Vibración ............................................................................................................................................241 
11.6.4 Instrumentos de monitoreo del helicóptero...................................................................................242 
11.6.5 Instrumentos de motor .....................................................................................................................244 
11.6.6 Instrumentos y materiales normalizados .......................................................................................245 
11.6.7 Diseño del sistema............................................................................................................................245 
11.6.8 Diseño de detalle del panel frontal..................................................................................................247 
11.6.9 Tolerancias geométricas ..................................................................................................................248 
11.6.10 Costos ................................................................................................................................................248 
11.6.11 Costo de manufactura ......................................................................................................................252 
11.7 Análisis de resultados ......................................................................................................................252 
11.8 Recomendaciones.............................................................................................................................252 
Conclusiones..................................................................................................................................................253 
Bibliografía......................................................................................................................................................256 
Anexo A Planos generados durante el desarrollo de éste proyecto ........................................................260 
A.1 Rotor principal...................................................................................................................................260 
A.2 Transmisión .......................................................................................................................................260 
A.3 Embrague motor-transmisión..........................................................................................................261 
A.4 Tren de aterrizaje...............................................................................................................................261 
A.5 Sistema de combustible ...................................................................................................................261 
 
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A.6 Sistema eléctrico...............................................................................................................................261 
A.7 Instrumentos de navegación............................................................................................................261 
A.8 Instrumentos de monitoreo de la máquina.....................................................................................262 
 
Figuras 
Figura 1 – Designación de números de parte / ensambles.........................................................................xxi 
Figura 2 – Partes principales del rotor principal de un helicóptero ............................................................. 3 
Figura 3 – Principio de la sustentación del helicóptero................................................................................. 3 
Figura 4 – Sistema del rotor principal.............................................................................................................. 4 
Figura 5 - Conicidad........................................................................................................................................... 5 
Figura 6 – American sportscopter Intll Ultrasport 254 ................................................................................... 6 
Figura 7 – Enstrom F28 "Falcon" ..................................................................................................................... 6 
Figura 8 – Robinson R44 "Raven".................................................................................................................... 6 
Figura 9 – Schweizer 300 Cbi ............................................................................................................................ 7 
Figura 10 – Aerocopter AK1-3........................................................................................................................... 7 
Figura 11 – Proceso de desarrollo de una aeronave....................................................................................10 
Figura 12 – Subsistemas en código ATA.......................................................................................................11 
Figura 13 – Proceso dinámico de estructura integrada ...............................................................................12 
Figura 14 – BOM (Bill of materials).................................................................................................................13 
Figura 15 – Rotor principal..............................................................................................................................14Figura 16 – Núcleo ...........................................................................................................................................15 
Figura 17 – Ensamble Arm ..............................................................................................................................15 
Figura 18 – Rotor principal terminado ...........................................................................................................16 
Figura 19 – Análisis de tolerancias dentro del diseño .................................................................................16 
Figura 20 – Secciones en el rotor principal...................................................................................................17 
Figura 21 – 1D Análisis de tolerancias (Diagrama de vectores) Sección A – A ........................................17 
Figura 22 – 1D Análisis de tolerancias (Diagrama de vectores) Sección B – B ........................................18 
Figura 23 – 1D Análisis de tolerancias (Diagrama de vectores) Sección C – C ........................................18 
Figura 24 – 1D Análisis de tolerancias (Diagrama de vectores) Sección D – D ........................................19 
Figura 25 – 1D Análisis de tolerancias (Diagrama de vectores) Sección E – E.........................................19 
Figura 26 – 1D Análisis de tolerancias (Diagrama de vectores) Sección E – E.........................................20 
Figura 27 – Secuencia de ensamble 1............................................................................................................20 
 
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Figura 28 – Secuencia de ensamble 2............................................................................................................21 
Figura 29 – Secuencia de ensamble 3............................................................................................................22 
Figura 30 – Secuencia de ensamble 4............................................................................................................23 
Figura 31 – Secuencia de ensamble 5............................................................................................................23 
Figura 32 – Matriz de compatibilidad procesos/materiales .........................................................................25 
Figura 33 – Secuencia típica del proceso de forja........................................................................................26 
Figura 34 – Proceso de moldeo ......................................................................................................................27 
Figura 35 – Proceso de extrusión de polímeros ...........................................................................................28 
Figura 36 – Proceso de centrifugado .............................................................................................................29 
Figura 37 – Embobinado de filamentos .........................................................................................................29 
Figura 38 – Engranaje con arreglo cónico recto...........................................................................................32 
Figura 39 – Elementos de un engranaje ........................................................................................................33 
Figura 40 – Transmisión de un helicóptero mono motor.............................................................................34 
Figura 41 – Helicóptero con transmisión mono motor ................................................................................34 
Figura 42 – Vista de corte de una transmisión típica ...................................................................................35 
Figura 43 – Diseño de transmisión elegida ...................................................................................................36 
Figura 44 – Eje del piñón de la transmisión ..................................................................................................38 
Figura 45 – Eje del rotor ..................................................................................................................................39 
Figura 46 – Engrane de la transmisión ..........................................................................................................42 
Figura 47 – Piñón de la transmisión...............................................................................................................42 
Figura 48 – Ensamble de la transmisión........................................................................................................44 
Figura 49 – Ajuste del ensamble del eje del piñón .......................................................................................47 
Figura 50 – Ajuste del ensamble del eje del rotor.........................................................................................48 
Figura 51 – Armadura PRATT .........................................................................................................................51 
Figura 52 – Armadura HOWE ..........................................................................................................................51 
Figura 53 – Armadura WARREN .....................................................................................................................51 
Figura 54 – Armadura típica ............................................................................................................................52 
Figura 55 – Detalle de vigas ............................................................................................................................56 
Figura 56 – Detalle de costilla y aligeramientos reforzados........................................................................56 
Figura 57 Detalle de herraje de asiento ........................................................................................................57 
Figura 58 - Ángulos..........................................................................................................................................57 
Figura 59 – Detalle de herraje .........................................................................................................................58 
Figura 60 – Detalle de ensamble semimonocoque.......................................................................................59 
Figura 61 – Bosquejo para base de armadura ..............................................................................................60 
Figura 62 – Bosquejo para base superior de armadura...............................................................................60 
 
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Figura 63 – Bosquejo de armadura ................................................................................................................61 
Figura 64 – Unión hembra y barra ..................................................................................................................61 
Figura 65 – Herraje de unión de tren de aterrizaje........................................................................................62 
Figura 66 – Ensamble de armadura................................................................................................................62 
Figura 67 – Ensamble de la estructura ..........................................................................................................62 
Figura 68 – Drafting, ejemplo sin Análisis de cotas funcionales ................................................................63Figura 69 – Herraje de asiento ........................................................................................................................63 
Figura 70 – Ingreso a Manufacturing .............................................................................................................64 
Figura 71 – Opciones a elegir al iniciar sesión de Manufacturing..............................................................65 
Figura 72 – Creación de nueva geometría .....................................................................................................65 
Figura 73 – Opciones en el menú Mill_Geom................................................................................................66 
Figura 74 – Menú del icono Part Geometry y la geometría seleccionada ..................................................66 
Figura 75 – Menú Create Tool del mismo icono............................................................................................67 
Figura 76 – Datos y visualización de la herramienta....................................................................................67 
Figura 77 – Menú Create Operation con la opción Cavity_Mill elegida......................................................68 
Figura 78 – Menú Cavity Mill y las opciones a ingresar...............................................................................69 
Figura 79 – Menú Cut Levels y opciones a elegir .........................................................................................69 
Figura 80 – Menú Feeds y opciones a elegir .................................................................................................70 
Figura 81 – Icono Generate del menú Cavity Mill .........................................................................................70 
Figura 82 – Secuencia de imágenes de verificación por animación 3D.....................................................71 
Figura 83 – Nueva operación Cavity Mill con un método Mill_Finish........................................................72 
Figura 84 – Detalle de acabado superficial....................................................................................................72 
Figura 85 – División de espacios en planta...................................................................................................74 
Figura 86 – Fases de diseño elegidas para el análisis del mando cíclico .................................................79 
Figura 87 – Vistas del ensamble.....................................................................................................................82 
Figura 88 – Control anti-torque.......................................................................................................................83 
Figura 89 – Proceso de desbaste ...................................................................................................................86 
Figura 90 – Pieza final maquinada.................................................................................................................86 
Figura 91 – Plano número de parte 671050001.001.0001 .............................................................................87 
Figura 92 – Ensamble completo sistema de control de una aeronave de ala rotativa ............................89 
Figura 93 – Vistas del ensamble del subsistema dentro de la cabina de la aeronave..............................90 
Figura 94 – Otras vistas del ensamble del subsistema dentro de la cabina de la 
aeronave...............................................................................................................................................90 
Figura 95 – Tipos de embrague[63]................................................................................................................92 
Figura 96 – Horquillas (sprags) [64] ...............................................................................................................93 
 
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Figura 97 – Funcionamiento de las horquillas [64].......................................................................................93 
Figura 98 – Configuración de un embrague de horquilla [64] .....................................................................94 
Figura 99 – Configuración de un embrague en un helicóptero [66] ...........................................................95 
Figura 100 – Geometría de la horquilla [64]...................................................................................................95 
Figura 101 – Secciones transversales de distintos tipos de bandas [64]..................................................98 
Figura 102 – Modelado geométrico del ensamble del embrague transmisión – motor............................98 
Figura 103 – Datos del fabricante del embrague[68]..................................................................................100 
Figura 104 – Modelado geométrico de la horquilla.....................................................................................101 
Figura 105 – Modelado geométrico de la polea superior del embrague ..................................................102 
Figura 106 – Modelado geométrico de la polea inferior del embrague ....................................................102 
Figura 107 – Bandas tipo V [69] ....................................................................................................................103 
Figura 108 – Modelado geométrico de la banda .........................................................................................107 
Figura 109 – Cota funcional ..........................................................................................................................108 
Figura 110 – Material de acero fundido........................................................................................................109 
Figura 111 – Operación de desbaste............................................................................................................110 
Figura 112 – Operación de taladrado ...........................................................................................................111 
Figura 113 – Simulación de maquinado.......................................................................................................112 
Figura 114 – Operación de barrenado..........................................................................................................112 
Figura 115 – Aplicación del par torsional ....................................................................................................114 
Figura 116 – Dirección del par torsional......................................................................................................114 
Figura 117 - Mallado.......................................................................................................................................115 
Figura 118 – Resultado de deformaciones ..................................................................................................115 
Figura 120 – Soportes del tren de aterrizaje delantero (forward) y trasero (rear) ...................................118 
Figura 121 – Relación del tren de aterrizaje con los demás sistemas .....................................................119 
Figura 122 – Tren de patín típico ..................................................................................................................120 
Figura 123 – Tren de aterrizaje de Oleo-strut (suspensión oleo neumática) ...........................................120 
Figura 124 – Deformación de las piernas soportes del tren en el aterrizaje............................................121 
Figura 125 – Condición de carga 1...............................................................................................................122Figura 126 – Condición de carga 2...............................................................................................................123 
Figura 127 – Condición de carga 3...............................................................................................................123 
Figura 128 – Condición de carga 4...............................................................................................................124 
Figura 129 – Condición de carga 5...............................................................................................................124 
Figura 130 – Partes de la curva S – N ..........................................................................................................125 
Figura 131 – Elementos de la curva S – N ...................................................................................................126 
Figura 132 – Esfuerzos VS. Ciclos de vida ..................................................................................................127 
 
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Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala ix
 
Figura 133 – Efecto suelo ..............................................................................................................................128 
Figura 134 – Efecto Von Kármán ..................................................................................................................128 
Figura 135 – Distintos enfoques del efecto Kármán...................................................................................129 
Figura 136 – Perfil de intensidad local de turbulencia ...............................................................................130 
Figura 137 – Diseño conceptual del tren de aterrizaje clásico..................................................................132 
Figura 138 – Diseño conceptual del tren de aterrizaje bigotes de pescado ............................................132 
Figura 139 – Ensamble del tubo montante ..................................................................................................134 
Figura 140 – Ensamble del tubo del patín (LH) ...........................................................................................134 
Figura 141 – Ensamble del tubo del patín (RH)...........................................................................................134 
Figura 142 – Extensión (LH) ..........................................................................................................................134 
Figura 143 – Extensión (RH)..........................................................................................................................135 
Figura 144 – Cubierta de patín......................................................................................................................135 
Figura 145 – Ensamble de soporte par alas ruedas del manejo en tierra ................................................135 
Figura 146 – Ensamble del tren de aterrizaje de patín ...............................................................................135 
Figura 147 – Brazo del tren de aterrizaje frontal (RH) ................................................................................136 
Figura 148 – Brazo del tren de aterrizaje frontal (LH).................................................................................136 
Figura 149 – Ensamble de tubo del patín de aterrizaje (RH)......................................................................136 
Figura 150 – Unión frontal del brazo ............................................................................................................136 
Figura 151 – Union posterio del brazo RH...................................................................................................137 
Figura 152 – Unión posterior del brazo LH..................................................................................................137 
Figura 153 – Unión frontal .............................................................................................................................137 
Figura 154 – Ensamble de tren de aterrizaje de patín ................................................................................138 
Figura 155 – Ensamble de configuración tradicional .................................................................................138 
Figura 156 – Ensamble de configuración bigotes de pescado .................................................................139 
Figura 157 – Molde para la Unión frontal del brazo....................................................................................140 
Figura 158 – Mallado ......................................................................................................................................143 
Figura 159 – Mallado (Acercamiento)...........................................................................................................144 
Figura 160 – Esfuerzo máximo......................................................................................................................146 
Figura 161 – Esfuerzo máximo (Acercamiento) ..........................................................................................146 
Figura 162 – Deformación unitaria Von Mises ............................................................................................147 
Figura 163 – Deformación total.....................................................................................................................147 
Figura 164 – Safety factor max equivalent stress.......................................................................................148 
Figura 165 – Amplitud de carga....................................................................................................................149 
Figura 166 – Corrección de máximo esfuerzo.............................................................................................149 
Figura 167 – Distribución de vida en los elementos...................................................................................150 
 
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x Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala 
 
Figura 168 – Distribución del factor de seguridad......................................................................................150 
Figura 169 – Distribución del daño máximo................................................................................................151 
Figura 170 – Esfuerzo Alternativo V. S. Ciclos............................................................................................152 
Figura 171 – Esfuerzo V. S. Fractura............................................................................................................152 
Figura 172 – Sistema de combustible del helicóptero UH-1C / UH-1M.....................................................156 
Figura 173 – Sistema de combustible del AH-64A Apache........................................................................158 
Figura 174 – Bomba de combustible eléctrica ............................................................................................159 
Figura 175 – Bomba de combustible mecánica ..........................................................................................160 
Figura 176 – Filtro de combustible...............................................................................................................160 
Figura 177 – Intercambiador de calor ..........................................................................................................161 
Figura 178 – intercambiador de paso simple y de múltiples pasos..........................................................163Figura 179 – Bosquejo plano X-Z..................................................................................................................166 
Figura 180 – Bosquejo de la primera cara del tanque de combustible ....................................................167 
Figura 181 – Plano de referencia (Datum plane) .........................................................................................167 
Figura 182 – Bosquejo de la segunda cara trasera del tanque de combustible......................................168 
Figura 183 – Selección de secciones para el barrido.................................................................................169 
Figura 184 – Barrido de ambas caras para genera el bloque del tanque.................................................169 
Figura 185 – Creación de hueco en el tanque.............................................................................................170 
Figura 186 – Adición de porción de material cilíndrico .............................................................................171 
Figura 187 – Agujero y cuerda en boquilla de salida .................................................................................171 
Figura 188 – Porción de material cilíndrico para alojar el tapón...............................................................172 
Figura 189 – Agujero y cuerda en alojamiento de tapón ...........................................................................172 
Figura 190 – Extrusión de perfiles................................................................................................................173 
Figura 191 – Agujeros para sujeción del tanque ........................................................................................174 
Figura 192 – Agujeros para sujeción del tanque en superficies curvas ..................................................174 
Figura 193 – Cavidades en cara frontal .......................................................................................................175 
Figura 194 – Viga frontal................................................................................................................................175 
Figura 195 – Vista final del tanque de combustible....................................................................................176 
Figura 196 – Tubo-U (serpentín) del intercambiador de calor...................................................................176 
Figura 197 – Tapa selladora del intercambiador de calor..........................................................................176 
Figura 198 – Tapa divisoria de flujo del intercambiador de calor .............................................................177 
Figura 199 – Carcasa del intercambiador de calor .....................................................................................177 
Figura 200 – Ensamble del intercambiador de calor ..................................................................................177 
Figura 201 – Líneas de flujo de combustible...............................................................................................178 
Figura 202 – Carcasa del filtro de combustible...........................................................................................178 
 
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Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala xi
 
Figura 203 – Tapa del filtro de combustible ................................................................................................178 
Figura 204 – Elemento de filtrado.................................................................................................................178 
Figura 205 – Ensamble del filtro de combustible........................................................................................179 
Figura 206 – Tapa superior y junta de sellado de la bomba de combustible ..........................................179 
Figura 207 – Carcasa de la bomba de combustible....................................................................................179 
Figura 208 – Diafragma (o membrana) y empaque de la membrana de la bomba de 
combustible .......................................................................................................................................179 
Figura 209 – Bulón y resorte de la varilla de la bomba de combustible...................................................180 
Figura 210 – Balancín que mueve la bulón de la bomba de combustible................................................180 
Figura 211 – Ensamble de la bomba de combustible.................................................................................180 
Figura 212 – Operación medir cuerpos (measure bodies).........................................................................181 
Figura 213 – Cálculo del peso y centro de gravedad con NX5..................................................................182 
Figura 214 – Peso y centro de gravedad del sistema de combustible ensamblado...............................183 
Figura 215 – Centro de gravedad (punto rojo) del sistema de combustible............................................184 
Figura 216 – Centro de gravedad (punto rojo) en isométrico del sistema de combustible ...................184 
Figura 217 – Reducción en el arrastre parásito del fuselaje a partir de una forma más 
aerodinámica .....................................................................................................................................188 
Figura 218 – Análisis del fuselaje para la estimación del arrastre vertical..............................................190 
Figura 219 – Dimensiones básicas del habitáculo (Cabina).....................................................................191 
Figura 220 – Definición de los parámetros de la operación del desbaste de la pieza............................203 
Figura 221 – Definición de los parámetros de la operación de acabado de la pieza..............................207 
Figura 222 – Simulación del maquinado de la parte interna de la pieza ..................................................208 
Figura 223 – Alternador .................................................................................................................................213 
Figura 224 – Batería .......................................................................................................................................215 
Figura 225 – Alternador .................................................................................................................................217 
Figura 226 – Arrancador ................................................................................................................................218 
Figura 227 – Batería .......................................................................................................................................218 
Figura 228 – Componentes adicionales.......................................................................................................219 
Figura 229 – Ensamble del sistema eléctrico en general...........................................................................221 
Figura 230 – Diagrama del sistema eléctrico ..............................................................................................227 
Figura 231 – Pantalla primaria de vuelo (Primary Flight Display) .............................................................229 
Figura 232 – Pantalla primaria de vuelo (Primary Flight Display) .............................................................229 
Figura 233 – Pantalla primaria de vuelo (Primary Flight Display) .............................................................230 
Figura 234 – Pantalla primaria de altitud (Primary Altitude Display) ........................................................233Figura 235 – Pantalla primaria de navegación (Primary Navigation Display)..........................................234 
Figura 236 – Radiofaro omnidireccional de muy alta frecuencia (VOR) ..................................................235 
 
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xii Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala 
 
Figura 237 – Compartimiento del sistema de navegación (Rack).............................................................236 
Figura 238 – Ensamble del sistema de navegación....................................................................................237 
Figura 239 – Vistas del ensamble del sistema de navegación ..................................................................238 
Figura 240 – Tablero de instrumentos de motor. Vista isométrica ...........................................................246 
Figura 241 – Tablero de instrumentos de motor. Vista lateral ..................................................................246 
Figura 242 – Tablero de instrumentos de motor. Vista inferior.................................................................246 
Figura 243 – Tablero de instrumentos de motor - Vista frontal.................................................................247 
Figura 244 – Indicador de combustible........................................................................................................248 
Figura 245 – Indicador de la temperatura del aceite ..................................................................................249 
Figura 246 – Indicador de presión de aceite ...............................................................................................249 
Figura 247 – Indicador de temperatura de cabeza de los cilindros ..........................................................250 
Figura 248 – Indicador del amperímetro/voltímetro....................................................................................250 
Figura 249 – Indicador de la temperatura del carburador..........................................................................251 
Figura 250 – Reloj para tablero.....................................................................................................................251 
 
Tablas 
Tabla 1 - Unidades.............................................................................................................................................. 2 
Tabla 2 – Estudio comparativo del rotor con helicópteros similares........................................................... 5 
Tabla 3 – Esfuerzo permisible del material y esfuerzos máximos en ejes.................................................39 
Tabla 4 – Datos técnicos del engrane y piñón a desarrollar .......................................................................43 
Tabla 5 – Desglose de los componentes que integran la transmisión.......................................................44 
Tabla 6 – Materiales propuestos para la construcción de los engranes y los ejes ..................................49 
Tabla 7 – Cotización de engranes en la industria actualmente...................................................................49 
Tabla 8 – Relación de costos de material (dólares)......................................................................................73 
Tabla 9 – Costos de herramienta de armado (dólares) ................................................................................73 
Tabla 10 – Listado de partes de los controles cíclico y colectivo ..............................................................79 
Tabla 11 – Listado de partes del control antitorque.....................................................................................84 
Tabla 12 – Datos para la selección del diámetro mínimo de la polea para bandas de la 
transmisión ..........................................................................................................................................97 
Tabla 13 – Coeficientes de rozamiento [67].................................................................................................101 
Tabla 14 – Diámetros recomendados para poleas [64] ..............................................................................105 
 
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Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala xiii
 
Tabla 15 – Factores de servicio [64].............................................................................................................105 
Tabla 16 – Selección de la banda [64]..........................................................................................................105 
Tabla 17 – Cantidad que se sustrae del diámetro externo para encontrar el diámetro de 
paso de una polea ranurada [64] .....................................................................................................106 
Tabla 18 – Tolerancias mínimas entre la distancia entre centros para la instalación y 
compensación de bandas [64] .........................................................................................................106 
Tabla 19 - 8VX & 5V [64] .................................................................................................................................106 
Tabla 20 – Procesos de subfases.................................................................................................................113 
Tabla 21 – Costos...........................................................................................................................................113 
Figura 119 – Resultado de esfuerzos...........................................................................................................116 
Tabla 22 – Cargas aplicadas (Condición 1) .................................................................................................122 
Tabla 23 – Cargas aplicadas (Condición 2) .................................................................................................123 
Tabla 24 – Cargas aplicadas (Condición 3) .................................................................................................123 
Tabla 25 – Cargas aplicadas (Condición 4) .................................................................................................124 
Tabla 26 – Cargas aplicadas (Condición 5) .................................................................................................124 
Tabla 27 – Normatividad para aeronaves militares ....................................................................................131 
Tabla 28 – Unidades.......................................................................................................................................141 
Tabla 29 – Modelo > Geometría ....................................................................................................................141 
Tabla 30 – Modelo > Geometría>Partes .......................................................................................................142 
Tabla 31 – Modelo > Geometría > Partes .....................................................................................................142 
Tabla 32 – Cargas...........................................................................................................................................144 
Tabla 33 – Modelo > Estático estructural > Solución > Resultados .........................................................145 
Tabla 34 – Resultados de máximo esfuerzo................................................................................................147 
Tabla 35 – Prueba de fuerzas máximas .......................................................................................................148 
Tabla 36– Esfuerzo máximo de corte ..........................................................................................................148 
Tabla 37 – Consideraciones para la fatiga...................................................................................................149 
Tabla 38 – Resultados de la fatiga................................................................................................................150 
Tabla 39 – Constantes de acero....................................................................................................................151 
Tabla 40 – Parámetros de Esfuerzo – Vida ..................................................................................................151 
Tabla 41 – Esfuerzo Alternativo V. S. Ciclos ...............................................................................................152 
Tabla 42 – Costo del sistema de combustible.............................................................................................186 
Tabla 43 – Descomposición básica del arrastre parásito de los componentes de un 
helicóptero representativo ...............................................................................................................189 
Tabla 44 – Medición de las propiedades de masa ......................................................................................198 
Tabla 45 – Números de parte del subsistema de acuerdo al código ATA ...............................................199 
Tabla 46 – Materiales elegidos para los principales componentes de la cabina ....................................201 
 
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xiv Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala 
 
Tabla 47 – Característica del sistema manufacturero para la fabricación de la cabina .........................208 
Tabla 48 – Costo aproximado de los elementos que componen la cabina del helicóptero...................210 
Tabla 49 – Lista de equipo eléctrico.............................................................................................................219 
Tabla 50 – Carga del sistema eléctrico ........................................................................................................222 
Tabla 51 – Datos de los elementos...............................................................................................................224 
Tabla 52 – Datos de los elementos...............................................................................................................224 
Tabla 53 – Datos de los elementos...............................................................................................................225 
Tabla 54 – Requisitos para los instrumentos, equipos, documentos y manuales, de 
acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-012-SCT3-2001[34]....................................................231 
Tabla 55 – Instrumentos y equipos que deben llevarse a bordo de acuerdo a los 
establecido por Aviación Civil [34]..................................................................................................231 
Tabla 56 – Principales fabricantes de avionica...........................................................................................232 
Tabla 57 – Componentes del sistema de navegación ................................................................................232 
Tabla 58 – Costos del sistema de navegación............................................................................................238 
Tabla 59 – Costo de los instrumentos del sistema.....................................................................................252 
Tabla 60 – Costo total del sistema ...............................................................................................................252 
 
 
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Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala xv
 
Agradecimientos 
Agradecemos al Instituto Politécnico Nacional (IPN) por brindarnos la oportunidad de estudiar y 
forjar la carrera que cambio nuestras vidas, también agradecemos a la Escuela Superior de 
Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Profesional Ticónman y Unidad Profesional Azcapotzalco, 
a todos y a cada uno de los que bien o mal nos brindaron un poco de sus conocimientos, que nos 
guiaron para que cada quien construyera día a día los cimientos que de nuestra profesión emanan 
y lográramos elegir el camino de esta nueva etapa de nuestra vida. 
Un agradecimiento especial a los expositores del seminario que nos orientaron con sus 
conocimientos, y muy especialmente a Luis Mercado, por el apoyo que otorgo para la elaboración 
final de esta tesina y por último al Ingeniero José Galindo, por cambiar nuestra visión de la 
ingeniería dirigida a los costos de la producción. 
Y a todos los que nos apoyaron a lo largo de nuestra vida para ser las personas que somos.
 
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xvi Desarrollo de proyectos en ingeniería de diseño – Helicóptero experimental biplaza tripala 
 
Dedicatoria 
Quiero agradecer primero, a mi padre pues fue el ejemplo que me llevó a seguir el camino de la ingeniería desde 
pequeño, fue su imagen la que me llevo a desear ser nombrado ingeniero algún día y por lo tanto una motivación 
constante. Fue también él de quien recibí la constante motivación verbal durante mis primeros años para 
alcanzar un título enseñándome que ello me traería satisfacciones y oportunidades de desarrollo mayores. 
Quiero agradecer a mi madre por sus constantes consejos y apoyo para no abandonar el camino y seguir en pie 
aún ante las adversidades, le agradezco por sus incontables desvelos esperando que llegara a casa durante mi 
vida académica y su preocupación de que tuviera a la mano lo que estaba en las de ella ofrecerme para ayudar 
en este difícil camino. 
Finalmente quiero agradecer a todos aquellos que de alguna u otra manera fueron apoyo y/o consejo para 
concluir esta meta. 
– Ing. César Cordero Bazaldúa – 
"YAVÉ mediante la sabiduría puso la tierra en orden; por medio de la inteligencia estableció el firmamento. 
Debido a su ciencia brotaron las aguas de las profundidades y las nubes derramaron la lluvia. (Proverbio 3:19-20) 
A la vida por darme la oportunidad de contar con unos padres que con su ejemplo de responsabilidad y lucha 
constante me han hecho buscar la superación de mi persona. 
A todos aquellos: mis Suegros, Familiares, Hermanos, Amisgos, Maestros, Compañeros e Instituciones 
Educativas, que a lo largo de mi preparación han dejado huella con su ayuda, consejos y enseñanzas que llevare 
presente con respeto y orgullo en toda mi vida. 
Especialmente con amor a mi Esposa Irma y mi Hijo Héctor, por su valioso apoyo y motivación en esta 
importante etapa de mi formación. 
– Héctor Pahua Tinajero – 
A Dios, por darme la opotunidad de crecer en una familia que siempre me brindó todo su amor y cariño, y que 
gracias a ellos, he logrado cumplir muchas de mis metas tanto personales como profesionales. También le 
agradezco a Dios el haberme puesto en el camino a infinidad de personas de las cuales, de una u otra manera, 
me han dejado enseñanzas muy importantes y que he tratado de llevar siempre conmigo. 
A mi padre, por inculcarnos desde muy peqeños la disciplina de hacer las cosas de forma adecuada sin importar 
el esfuerzo y sacrificio que esto implica. 
A mi madre, por el amor que siempre nos ha procurado, por enseñarnos lo que significa la palabra 
"responsabilidad" y "trabajo duro" y por ser ese ejemplo tan importante en nuestras vidas predicando con el 
ejemplo; ella es el vivo ejemplo de que "cuando se quiere, se puede". Te estaré eternamente agradecido