TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: C48390 C14 / GUIA-1 “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 1/10 CURSO: SISTEMAS DE NAVEGACIÓN INERCIAL DE AERONAVES Docente: Martín S. Flores Kam GRUPO DE TRABAJO N°:________ ITEM INTEGRANTES 1 2 3 4 AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA NOTA FIRMA TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” Historial de revisión Participantes Área Elaborado por Martín S. Flores Kam Docente C14 Coordinación Revisado por Santos Saénz Díaz C14 Jefe Dpto. Aprobado por Juan Musayón Mecánica y Aviación C48390 C14 / GUIA-1 EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 2/10 Fecha Feb-2021 Control de cambios Revisión Fecha Descripción del Cambio RECOMENDACIONES GENERALES DE SEGURIDAD 1. Condiciones obligatorias para el uso del ambiente 2. Respuesta a emergencias ● Vías de acceso y evacuación ● Equipos de respuesta a emergencias ● Señalización de seguridad 3. Normas de seguridad generales AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA Firma TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: C48390 C14 / GUIA-1 “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 3/10 Taller N° 01 & 02: “CENTRO DE GRAVEDAD EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELEROMETROS” 1. INTRODUCCIÓN El Sistema de Navegación Inercial (INS) es un sistema de navegación mundial, auto contenido, de gran confiabilidad, utilizable en cualquier condición meteorológica, e independiente de cualquier ayuda a la navegación basada en tierra. Es compacto, liviano, y esta específicamente diseñado para ser utilizado en aviones de transporte. Suministra una información de navegación y guiado que asegura una determinación exacta y continúa de la posición del avión. Todo el proceso se realiza a través de una plataforma inercial o unidad de referencia inercial sensible a los movimientos del avión con respecto a la superficie terrestre. Esta plataforma envía información a un computador que la presenta en los instrumentos de navegación. Al igual que cualquier otro sistema de navegación, el objeto fundamental del sistema inercial es el de proporcionar información que permita determinar el vector de posición del móvil. La plataforma inercial hace uso de sensores acelerómetros y giróscopos para poder sensar los movimientos del avión, los cuales pueden ser usados en dos configuraciones Strapdown y Gimbal, cada uno de los cuales presentan sus particularidades en cuanto al uso de la data recogida por los sensores. Para comprender la forma en que operan estos sensores es necesario recordar y clarificar los temas que se analizaran en este laboratorio. AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: C48390 C14 / GUIA-1 “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 4/10 2. OBJETIVOS - Comprender la relación entre el centro de gravedad y el centro aerodinámico - Analizar las señales generadas por los acelerómetros y su forma de empleo - Comprender el uso de los acelerómetros para generar una referencia estática de actitud 3. Preparación para el laboratorio. Para este taller es importante que el alumno revise los siguientes puntos: - Centro de gravedad - Centro aerodinámico - Acelerómetros - Alineado de plataformas inerciales 4. Equipos y Materiales - Ave de Equilibrio x 1 UN - Soporte de Equilibrio x 1 UN - Pesas tipo Clip x 6 UN - Módulo Arduino & LCD-I2C x 1 UN - Módulo Power Supply x 1 UN - Módulo de Ejes ADXL335 x 1 UN - Batería de 9V x 1 UN - Módulo motorizado de Ejes x 1 UN - Cable Macho-Macho x 14 UN - Cable Macho-Hembra x 9 UN - Protoboard x 1 UN - Dispositivos de seguridad personal (ropa apropiada, zapatos con punta de acero, mascarillas contra el Covid, protector facial). AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: C48390 C14 / GUIA-1 “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 5/10 5. Actividades Hoja de trabajo de actividades N° Procedimientos Tiempo Actividad N° 1: “Calculo de Centro de Gravedad” ● El instructor verifica las condiciones de seguridad, y da algunas recomendaciones sobre el proceso de trabajo. ● El instructor recordará a los alumnos el método de cálculo para determinar la ubicación del centro de gravedad de una aeronave en función a los pesos medidos en cada uno de los trenes de aterrizaje y a pesos extras que puede añadirse, eliminarse o trasladarse luego del pesaje. ● El alumno analizará el caso propuesto a continuación en el cual se presentarán algunas condiciones a partir de las cuales deberá 1 calcular nuevamente los parámetros solicitados. Caso Boeing 757-300: Luego de realizar el peso y balance de una aeronave Boeing 757-300 (Figura N°01), considerando que la aeronave se encontraba vacía y que el datum se encuentra justo al borde delantero de la aeronave, se obtuvo un peso en el tren de nariz, el cual está ubicado a “19.3 ft” detrás del borde delantero de la aeronave, de “19577 lb”, en los trenes principales, los cuales están ubicados a “60 ft” detrás del borde delantero de la aeronave, se obtuvo un peso de “36707 lb” en cada tren. Para realizar un vuelo con 200 personas a bordo, las cuales representan un peso de “39154 lb” concentrado a “64.6 ft” detrás del AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA 100 min Resultados TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” borde delantero de la aeronave, con los tanques llenos con “1100 gl” de combustible (6.12 lb/gl) cuyo peso se concentran a “90.4 ft” por detrás del borde delantero de la aeronave. Teniendo en cuenta los datos mencionados responda lo siguiente: A. Calcule la nueva posición del centro de gravedad de la aeronave. B. Suponiendo que la aeronave se encuentra en vuelo y ya ha quemado “1500 gl” de combustible. ¿Cómo ha cambiado la posición del centro de gravedad? C. Si el piloto desea equilibrar el avión a pesar del gasto de combustible utilizando los elevadores, los cuales se encuentran ubicados a “153.6 ft” detrás del borde delantero de la aeronave. ¿Cuál debería ser la fuerza ejercida por los elevadores y en qué sentido? Actividad N° 02: “Centro de Gravedad” Para esta actividad se necesitarán los siguientes materiales: 1. Ave de Equilibrio x 1 UN 2. Soporte de Equilibrio x 1 UN 3. Pesas tipo Clip x 6 UN Cada grupo deberá colocar el Ave de Equilibrio 2 sobre el Soporte de Equilibrio esperar que el conjunto se estabilice, analizar la actitud que el Ave mantiene e intentar determinar la ubicación de su centro de gravedad en las imágenes del plano frontal (Figura N°02) y plano lateral (Figura N°03). Luego deberá utilizar las Pesas tipo Clip para balancear al Ave y explicar cuál es el efecto AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA 40 min C48390 C14 / GUIA-1 EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 6/10 TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” conseguido con cada una de las pesas utilizadas. Actividad N° 03: “Acelerómetros mecánicos” Para esta actividad se necesitarán los siguientes materiales: 1. Base de acelerómetro simple x 1 UN 2. Base de acelerómetro doble x 1 UN 3. Canica x 1 UN 3 Los alumnos utilizarán la canica sobre las bases de los acelerómetros, observarán el 50 min comportamiento de la canica sobre cada base, recordarán los conceptos de “eje de medición”, “umbral”, “cross coupling” y “saturación”, debiendo ser capaces de explicarlos mediante experimentos haciendo uso de los acelerómetros entregados. Actividad N° 04: “Acelerómetro Analógico” Para esta actividad se necesitarán los siguientes materiales: 1. Módulo Power Supply x 1 UN 2. Módulo de Ejes ADXL335 x 1 UN 3. Batería de 9V x 1 UN 4. Cable Macho-Macho x 1 UN 5. Cable Macho-Hembra x 3 UN 6. Multímetro x 1 UN 4 Los alumnos realizarán las conexiones de acuerdo al diagrama mostrado en: https://drive.google.com/file/d/1PdvUlWRuvQ6S xbNoFe6mTc6atXkd5XO9/view?usp=sharing Cada grupo deberá utilizar el multímetro para medir el voltaje en cada una de las salidas del acelerómetro ADXL335 en distintas posiciones para completar la Tabla N° 01 y analizará la relación existente entre la aceleración y el voltaje medido, así como las diferencias entre AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA 50 min C48390 C14 / GUIA-1 EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 7/10 TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” las mediciones realizadas a cada eje, y responderá las siguientes preguntas: A. ¿Qué aceleración estamos midiendo? B. ¿En qué posición debo colocar el módulo para medir una aceleración igual a “0” (cero)? C. ¿Qué voltaje corresponde a una aceleración igual a “0” (cero)? D. ¿Por qué el voltaje correspondiente a una aceleración igual a “0” no es el mismo para los 3 ejes? Actividad N° 05: “Lectura del acelerómetro analógico ADXL 335” Para esta actividad se necesitarán los siguientes materiales: 1. Módulo Arduino & LCD-I2C x 1 UN 2. Módulo Power Supply x 1 UN 3. Módulo de Ejes ADXL335 x 1 UN 4. Batería de 9V x 1 UN 5. Cable Macho-Macho x 6 UN 6. Cable Macho-Hembra x 9 UN 5 7. Protoboard x 1 UN Los alumnos realizarán las conexiones de 70 min acuerdo al diagrama mostrado en: https://drive.google.com/file/d/1X1DKNtwuYHVK KVRTwlNTYn_98HEETaly/view?usp=sharing Cada grupo deberá ubicar el acelerómetro ADXL335 en las mismas posiciones indicadas en la actividad anterior, observará las lecturas mostradas en el display para completar la Tabla N° 01 e intentará determinar el método utilizado para convertir los valores de voltaje en valores de aceleración. 6 Actividad N° 06: “Referencia Estática” AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA 70 min C48390 C14 / GUIA-1 EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 8/10 TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” Para esta actividad se necesitarán los siguientes materiales: 1. Módulo Arduino & LCD-I2C x 1 UN 2. Módulo Power Supply x 1 UN 3. Módulo de Ejes ADXL335 x 1 UN 4. Batería de 9V x 1 UN 5. Módulo motorizado de Ejes x 1 UN 6. Cable Macho-Macho x 14 UN 7. Cable Macho-Hembra x 9 UN 8. Protoboard x 1 UN Los alumnos realizarán las conexiones de acuerdo al diagrama mostrado en: https://drive.google.com/file/d/1PLSCvHeE7weR TD_MLI7fNjE5vn4PV_Lp/view?usp=sharing Cada grupo deberá verificar si el módulo motorizado de ejes reproduce la posición en la que colocamos al módulo de ejes ADXL335, analizar el comportamiento del módulo y responder: A. ¿Por qué existen diferencias entre la posición del módulo de ejes ADXL335 con el módulo motorizado de ejes? B. ¿En qué casos es válido utilizar a los acelerómetros para tener una referencia de actitud? C. ¿Por qué no puedo usar los acelerómetros para tener una referencia de rumbo? Orden y limpieza: Los alumnos deberán desarmar los circuitos 7 realizados y ordenarlos de la misma forma en que los recibieron para poder devolverlos al instructor. AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA 10 min C48390 C14 / GUIA-1 EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 9/10 TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: C48390 C14 / GUIA-1 “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 10/10 Cada grupo realizará el orden y limpieza de su respectiva área de trabajo, y guardarán los equipos y herramientas de trabajo. 6. Anexos Tabla N° 01 Conexión de Medición X_out Posición Voltaje medido: X Top X_out Y Top X_out Z Top X_out X Bottom Y_out X Top Y_out Y Top Y_out Z Top Y_out Y Bottom Z_out X Top Z_out Y Top Z_out Z Top Z_out Z Bottom Figura N°01 Figura N°02 AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA Ax: Ay: Az: TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” Figura N°03 AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA C48390 C14 / GUIA-1 EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 11/10 TALLER N° 01 & 02 CÓDIGO: “CENTRO DE GRAVEDAD, EJES LONGITUDINALES DE UNA AERONAVE Y ACELERÓMETROS” 7. Tiempo de ejecución: EMISIÓN : 06/02/2021 PÁGINA: 12/10 08 HORAS (Laboratorio N° 01 y N° 02) 8. Desarrollo Informe final. (Será desarrollado por el alumno) AVIÓNICA Y MECÁNICA AERONÁUTICA C48390 C14 / GUIA-1
