PROYECTO DOCENTE Mecánica del Vuelo Avanzada CURSO 2020 …

Datos básicos de la asignaturaTitulación: Máster Universitario en Ingeniería AeronáuticaAño plan de estudio: 2014

Curso implantación: 2020-21Centro responsable: E.T.S. de Ingeniería

Nombre asignatura: Mecánica del Vuelo AvanzadaCódigo asigantura: 51430007Tipología: OBLIGATORIACurso: 1Periodo impartición: Primer cuatrimestre

Créditos ECTS: 5Horas totales: 125Área/s: Ingeniería AeroespacialDepartamento/s: Ingeniería Aeroespacial y Mecán. Fluidos

Coordinador de la asignatura

GAVILÁN JIMÉNEZ FRANCISCO RAFAEL

Profesorado

Profesorado del grupo principal:

GAVILÁN JIMÉNEZ FRANCISCO RAFAEL

Objetivos y competencias

OBJETIVOS:

Los objetivos docentes que se pretenden alcanzar en esta asignatura son:

- Desarrollar las ecuaciones del movimiento del avión (6 grados de libertad).

- Desarrollar modelos aerodinámicos apropiados y entender cómo influye la geometría y

condiciones de vuelo en las derivadas de estabilidad.

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Mecánica del Vuelo Avanzada

Grupo 2 (Grupo INGLÉS)

CURSO 2020-21

Última modificación 08/09/2020 Página 1 de 15

- Analizar la estabilidad estática de un avión.

- Analizar la estabilidad dinámica de un avión y entender los modos longitudinales y

laterales-direccionales.

- Analizar la respuesta al mando de un avión.

- Analizar dinámica del avión considerando efectos no lineales (acoplamiento inercial, wing-rock,

barrena, superpérdida).

- Analizar la respuesta a ráfagas de un avión.

Al superar con éxito esta asignatura, los estudiantes serán capaces de:

- Plantear las ecuaciones del movimiento para resolver problemas de estabilidad de aeronaves.

- Calcular derivadas de estabilidad.

- Calcular los límites del centro de gravedad de un avión, según criterios de estabilidad y

maniobrabilidad.

- Calcular las condiciones de trimado longitudinal y lateral-direccional.

- Calcular la velocidad de mínima control de una aeronave.

- Calcular los modos longitudinales y laterales direccionales de un avión.

- Conocer cómo influyen las derivadas de estabilidad en los distintos modos. Según esto, calcular

cómo deben modificarse las derivadas de estabilidad para conseguir los modos adecuados.

- Calcular la respuesta al mando de un avión, y entender cómo influyen las derivadas de estabilidad

en la misma.

- Conocer la normativa aplicable en cuanto a cualidades de vuelo.

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- Calcular los incrementos en el factor de carga debidos a ráfagas.

English version:

Throughout this course, the students will learn to:

- Formulate the general 6-Degrees-Of-Freedom equations of motion of an airplane.

- Obtain linear 6DoF aerodynamic models of conventional airplanes, being able to

compute the stability derivatives, and understanding how they depend on the airplane

geometry and its flight conditions.

- Analyse the static stability and trim conditions of an airplane.

- Compute the limitations in the position of the centre of gravity to ensure adequate levels

of static stability and static control capabilities.

- Obtain the minimum control speed in the air of an airplane.

- Analyse the dynamic stability of an airplane, obtaining the main longitudinal and lateral?directional

modes.

- Analyse the open-loop control response of an airplane.

- Understand the flying qualities requirements.

- Design basic stability augmentation systems to improve the airplane behaviour.

- Understand some nonlinear behaviours, like the inertia coupling, wing rock, deep stall

and spin.

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- Compute the load factors increments in gusts.

COMPETENCIAS:

Competencias Específicas:

CEV01 Aptitud para proyectar, construir, inspeccionar, certificar y mantener todo tipo de aeronaves

y vehículos espaciales.

CEV05 Comprensión y dominio de la Mecánica del Vuelo Atmosférico (Actuaciones y Estabilidad y

Control Estáticos y Dinámicos), y de la Mecánica Orbital y Dinámica de Actitud.

CEV09 Capacidad para diseñar, ejecutar y analizar los Ensayos en Tierra y en Vuelo de los

Vehículos Aeroespaciales, y para llevar a cabo el proceso completo de Certificación de los mismos.

CEV10 Conocimiento adecuado de los distintos Subsistemas de las Aeronaves y los Vehículos

Espaciales.

Competencias Básicas:

CB06 Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en

el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

CB07 Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución

de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o

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multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

CB08 Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad

de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones

sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y

juicios;

CB09 Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones (y los conocimientos y razones

últimas que las sustentan) a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin

ambigüedades;

CB10 Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar

estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Generales:

CG01 Capacidad para proyectar, construir, inspeccionar, certificar y mantener todo tipo de

aeronaves y vehículos espaciales, con sus correspondientes subsistemas.

CG04 Capacidad de integrar sistemas aeroespaciales complejos y equipos de trabajo

multidisciplinares.

CG05 Capacidad para analizar y corregir el impacto ambiental y social de las soluciones técnicas de

cualquier sistema aeroespacial.

CG06 Capacidad para el análisis y la resolución de problemas aeroespaciales en entornos nuevos o

desconocidos, dentro de contextos amplios y complejos.

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CG08 Competencia para el proyecto de construcciones e instalaciones aeronáuticas y espaciales,

que requieran un proyecto integrado de conjunto, por la diversidad de sus tecnologías, su

complejidad o por los amplios conocimientos técnicos necesarios.

CG10 Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria en el ejercicio

de la profesión de Ingeniero Aeronáutico.

Competencias Transversales:

CT01 Funcionar de forma efectiva tanto de forma individual como en equipo.

CT02 Utilizar distintos métodos para comunicarse de forma efectiva con la comunidad de ingenieros

y con la sociedad en general.

CT03 Demostrar conciencia sobre la responsabilidad de la práctica de la ingeniería, el impacto

social y ambiental, y compromiso con la ética profesional, responsabilidad y normas de la práctica

de la ingeniería.

Contenidos o bloques temáticos

Tema 1. Ecuaciones de la dinámica del avión.

Tema 2. Derivadas de estabilidad.

Tema 3. Estabilidad estática.

Tema 4. Estabilidad dinámica longitudinal.

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Tema 5. Estabilidad dinámica lateral-direccional.

Tema 6. Respuesta al mando en bucle abierto y sistemas de aumento de estabilidad

Tema 7. Cualidades de vuelo

Tema 8. Dinámica no lineal.

Tema 9. Respuesta a ráfagas.

English version:

1. General equations of motion

2. Stability derivatives.

3. Static stability and trim.

4. Longitudinal dynamics

5. Lateral-directional dynamics.

6. Response to controls and stability augmentation.

7. Flying qualities.

8. Nonlinear dynamics.

9. Gust response.

Relación detallada y ordenación temporal de los contenidos

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Lecture 1. General Equations of Motion (2 hours)

General, nonlinear equations of motion. Linearized equations of motion. Linear aerodynamic and

propulsive model

Lecture 2. Stability Derivatives. (5 hours)

Estimation methods for longitudinal and lateral-directional stability derivatives.

Lecture 3. Static Stability. (8 hours)

Longitudinal static stability and trim. Neutral Point. Centre of Gravity margins. Manoeuvring static

stability. Stick-free static stability. Lateral-directional static stability and trim. Minimum control

airspeed in the air.

Lecture 4. Longitudinal Dynamic Stability. (5 hours)

Longitudinal characteristic equation. Longitudinal modes: phugoid and short period. Approximate

models to longitudinal modes. Dependency on the longitudinal stability derivatives.

Lecture 5. Lateral-directional Dynamic Stability. (3.5 hours)

Lateral-directional characteristic equation. Lateral-directional modes: spiral, rolling subsidence and

Dutch roll. Approximate models to lateral-directional modes. Dependency on the lateral-directional

stability derivatives.

Lecture 6. Open-loop Control Response and Stability Augmentation Systems. (3 hours)

Transfer functions. Longitudinal and lateral-directional open-loop control response. Introduction to

Stability Augmentation Systems.

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Lecture 7. Handling Qualities. (1.5 hours)

Airworthiness directives. Acceptability levels. Limitations in longitudinal and lateral-directional

modes.

Lecture 8. Nonlinear Dynamics. (3 hours)

Inertia coupling. Wing rock. Deep stall. Spin.

Lecture 9. Gust Response. (4 hours)

Response to deterministic gusts. Introduction to stochastic gust response.

Actividades formativas y horas lectivas

Actividad Créditos Horas

A Clases Teóricas 2 20

B Clases Teórico/ Prácticas 1,6 16

E Prácticas de Laboratorio 0,2 2

G Prácticas de Informática 0,2 2

Metodología de enseñanza-aprendizaje

Clases teóricas

Las clases teóricas se basarán en la transmisión de los conocimientos básicos para comprender la

asignatura y abordar la resolución de problemas. Los alumnos pueden tomar notas aclaratorias y

tendrán la oportunidad de preguntar al profesor las dudas que les suscite el tema abordado. El

profesor además de la transmisión de conocimientos, ofrecerá un enfoque crítico de la disciplina

que lleve a los alumnos a reflexionar y descubrir las relaciones entre los diversos conceptos.

Prácticas informáticas

Se realizarán actividades prácticas que permitan a los alumnos afianzar los conocimientos vistos en

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las clases teóricas.

Trabajo de curso

Se propondrá un trabajo de curso en el que el alumno deba aplicar a un caso práctico parte de los

contenidos cubiertos en la asignatura. Este trabajo se integrará dentro del sistema de evaluación

por curso, formando parte de la nota de la asignatura.

Sistemas y criterios de evaluación y calificación

Sistema de evaluación por curso:

A lo largo del curso, se realizarán las siguientes actividades evaluables:

1: Exámenes parciales. Se propondrán dos exámenes parciales, cuyas fechas y ponderaciones

relativas se establecerán a inicios de curso.

2: Se realizarán dos actividades prácticas, las cuales requerirán la ejecución y entrega de un

informe.

3: Se propondrá la realización de un trabajo de curso de carácter voluntario. Dicho trabajo será un

caso de aplicación práctica de los contenidos estudiados a lo largo de la asignatura.

Para poder aprobar la asignatura mediante este sistema de evaluación, será necesario obtener una

calificación mínima de 4 puntos (sobre 10) en cada uno de los exámenes parciales, además de

asistir a las actividades prácticas y realizar adecuadamente las correspondientes memorias.

La nota final de este sistema de evaluación se calculará de la siguiente manera:

-Para los alumnos que opten por realizar el trabajo de curso (opcional), la nota de este representará

el 30% de la nota final, mientras que la nota resultante de los exámenes parciales (con su

correspondiente ponderación) se corresponderá con el 70% restante.

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-Para los alumnos que no realicen el trabajo de curso, la nota de evaluación por curso será igual a

la resultante de los exámenes parciales (con su correspondiente ponderación). Este punto también

será de aplicación de que sea más favorable para el alumno que el punto anterior.

Para superar la asignatura, la nota final resultante deberá ser igual o mayor que 5 (sobre 10), y se

deberán haber cumplido los requisitos establecidos anteriormente. En caso de no superar la

asignatura mediante este criterio de evaluación, será de aplicación el criterio de evaluación basado

en examen final.

Continuous evaluation system:

This evaluation system will consist on:

-Two mid-term exams, whose dates will be given at the beginning of the course.

-Two practical activities.

-An optional coursework, in which the students must apply the theoretical concepts addressed

throughout the course to a proposed airplane.

The course grade will be computed in the following way:

-For those students making the optional coursework, the obtained mark in this activity will be the

30% of the total grade, whilst the weighted average mark of the two exams will stand for the

remaining 70%.

-For those students not making the optional coursework, the course grade will be theweighted

average mark of the two exams.

In order to pass this course, the following requirements must be fulfilled:

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-The minimum final mark must be 5 out of 10.

-The minimum mark of each mid-term-exam must be 4 out of 10.

-Each student must attend to each practical activity, and submit the required report.

Any student not fulfilling any of the three requirements stated above could still pass the course using

the alternative evaluation system (final exam).

Sistema de evaluación basado en examen final:

Se realizará examen final (de teoría y problemas), según el calendario oficial de exámenes

establecido por el Centro.

Para aprobar la asignatura, es necesario obtener una calificación mayor o igual que 5 (sobre 10) en

la nota del examen, y haber realizado con aprovechamiento las prácticas de la asignatura.

Final exam:

This evaluation system will consist on an end-of-term exam, and two practical activities. To pass this

course, the student must obtain a minimum mark of 5 out of 10 in the exam, attend to the two

practical activities, and submit the required reports of these activities.

Criterios de calificación del grupo

Contingency plan due to COVID-19

This section describes the corrective actions in teaching and evaluation procedures that would be

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taken if the incidence of COVID-19 arose. According to the University's directive "Criterios

Académicos para la adaptación de las titulaciones oficiales de la US a las exigencias sanitarias

causadas por la COVID-19 durante el curso académico 2020-2021", there are two possible

scenarios that should be considered: the first one (scenario A) considers an hybrid teaching scheme,

combining both on-site and on-line teaching activities; whilst in the other one (scenario B) only

on-line teaching activities are allowed.

Scenario A:

The activation of this contingency plan would imply the reduction of the seating space in the

classroom, in order to ensure a better social distancing between students. Thus, the following

actions would be taken:

- All lectures will be given on-site, but also will be broadcasted live to all the students enrolled in the

course. The University will set a rotating shift schedule, in such a way that some students will attend

the lecture in class, while others will be connected on-line. In the case of technical problems that

would not enable the broadcast live, the lectures would be given on-line (synchronously) using the

platform Blackboard Collaborate Ultra.

- Both computer lab and flight simulator activities will be on-site, and the attendance will be optional.

- All the exams will be done on-site.

Scenario B:

The activation of this contingency plan would imply that all the teaching activities must be on-line.

Thus, the following actions would be taken:

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- The lectures will be given on-line (synchronously) using the platform Blackboard Collaborate Ultra.

- The computer lab activities will be on-line (asynchronously).

- The flight simulator practical activities will be replaced by multimedia content (asynchronously).

- All the exams will be done on-line.

Horarios del grupo del proyecto docente

http://www.etsi.us.es/academica

Calendario de exámenes

http://www.etsi.us.es/academica

Tribunales específicos de evaluación y apelación

Presidente: DAMIAN RIVAS RIVAS

Vocal: FRANCISCO RAFAEL GAVILÁN JIMÉNEZ

Secretario: ANTONIO FRANCO ESPIN

Suplente 1: RAFAEL VAZQUEZ VALENZUELA

Suplente 2: SERGIO ESTEBAN RONCERO

Suplente 3: ALFONSO VALENZUELA ROMERO

Bibliografía recomendada

BIBLIOGRAFÍA GENERAL:

Mechanics of flight

Autores: Warren F. Phillips

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Edición: 2nd

Publicación: John Wiley and Sons

ISBN: 9780470539750

Dynamics of flight: stability and control

Autores: Bernard Etkin, Lloyd Duff Reid

Edición: 3rd

Publicación: Wiley

ISBN: 0471034185

Performance, stability, dynamics, and control of airplanes

Autores: Bandu N. Pamadi

Edición: 2nd

Publicación: AIAA Education Series

ISBN: 1563475839

Introduction to aircraft flight dynamics

Autores: Louis V. Schmidt

Edición: 1st


ISBN: 1563472260

BIBLIOGRAFÍA ESPECÍFICA:

Gust loads on aircraft : concepts and applications

Autores: Frederic M. Hoblit

Edición: 1st


ISBN: 0930403452

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