Diseño de un tren delantero de aterrizaje para un avión F-16 Fighting Falcon. Generación de su prototipo virtual y simulación mecánica

Abstract

[ES] A lo largo de este Trabajo Final de Grado se abordará el diseño y simulación dinámica de la unidad del tren de aterrizaje delantero de un F-16 Fighting Falcon, ultraligero aún vigente en las Fuerzas Aéreas de más de 20 países. Para ello, nos serviremos del software Autodesk Inventor 2014, programa CAD de cada vez más extendido uso. Se recorrerán durante este las distintas fases de las que consta el proceso de diseño de un mecanismo, desde la fase previa de recapitulación y estudio de la información hasta la evaluación de los resultados obtenidos. Se abrirá por tanto este TFG con una pequeña introducción que pretende situar al lector en el contexto de los trenes de aterrizaje exponiendo algunos de los tipos así como sus principales funciones. Tras esto, se presentará una explicación del modelado de cada una de las piezas de las que consta el tren seguida de una breve exposición del proceso de ensamblaje de las mismas hasta obtener el conjunto completo. A continuación, se abordará la simulación dinámica de las principales funciones del tren de proa, como son la amortiguación de impactos, el control direccional de la aeronave y los movimientos de retracción y extensión del mismo. Casi para acabar, se procederá a seleccionar dos de las principales piezas que conforman el tren para estudiar su comportamiento mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF) comparando en ellas el uso de acero de alta resistencia y titanio, los dos materiales por excelencia en la industria aeronáutica de nuestros días, y practicándole posteriormente varias modificaciones a sus geometrías con objeto de estudiar cómo influye la misma en la concentración de tensiones. Finalmente, se cerrará el trabajo con un presupuesto y un libro de anejos que incluye un conjunto de planos tanto de las piezas como del conjunto final ensamblado.

[CA] Al llarg d'aquest Treball Final de Grau s'abordarà el disseny i simulació dinàmica de la unitat del tren d'aterratge davanter d'un F-16 Fighting Falcon, ultralleuger encara vigent en les Forces Aèries de més de 20 països. Per a açò, ens servirem del software Autodesk Inventor 2014, programa CAD de cada vegada més estès ús. Es recorreran per tant durant este les diferents fases de les quals consta el procés de disseny d'un mecanisme, des de la fase prèvia de recapitulació i estudi de la informació fins a l'avaluació dels resultats obtinguts. S'obrirà així aquest TFG amb una breu introducció que pretén situar al lector en el context dels trens d'aterratge exposant alguns dels tipus així com les seues principals funcions. Després d'açò, es presentarà una explicació del modelatge de cadascuna de les peces de les quals consta el tren seguida d'una breu exposició del procés d'assemblatge de les mateixes fins a obtenir el conjunt complet. A continuació, s'abordarà la simulació dinàmica dels principals moviments del tren de proa, com són l'amortiment d'impactes, el control direccional de l'aeronau i els moviments de retracció i extensió del mateix. Quasi per a acabar, es procedirà a seleccionar dos de les principals peces que conformen el tren per a estudiar el seu comportament mitjançant el Mètode dels Elements Finits (MEF) comparant en ella l'ús d'acer d’alta resistència i titani, els dos materials per excel·lència en la indústria aeronàutica dels nostres dies, i practicant-li diverses modificacions a les seues geometries a fi d'estudiar com influeix la mateixa en la concentració de tensions. Finalment, es tancarà el treball amb un pressupost i un llibre d'annexos que inclou un conjunt de plànols tant de les peces com del conjunt final assemblat.

[EN] Along this Final Degree manuscript I will approach the design and dynamic simulation of the unit of the nose landing gear of a F-16 Fighting Falcon, a still working aircraft in the Air Forces in more than 20 countries. For this purpose, I will make use of the software Autodesk Inventor 2014, a modelling CAD application of increasingly widespread use. I will cover the different phases of design, from the initial phase of recapitulation and study of the gathered information (conceptual design) up to the evaluation of the final results. First, this TFG starts with a short introduction that placesthe reader in the context of the landing gears, exposing some of the types as well as their main functions. After this, an explanation is provided about the modelling of each of the pieces the landing gear consists of, followed by a brief description of the assembly process until obtaining the complete set. Later, the dynamic simulation of the principal movements of the landing gear is performed, such as the shock absorption, the directional control and the movements of retraction and extension of the aircraft. At this point, the behaviour of one of the pieces of the mechanism is studied by means of the Method of the Finite Elements (MEF), comparing the use of steel of high resistance and titanium (both materials used par excellence in the aeronautical industry nowadays) and applying different solutions to its geometry in order to study how they influence in the concentration of tensions. Finally, the work ends with a budget and an annex including the drawings of the individual parts and the final assembled mechanism.