Introducción a la ingeniería aeroespacial 2a ed.

Es un texto introductorio a la ingeniería aeroespacial que facilita la compresión de las particularidades de un vehículo aeroespacial, que presente siquiera someramente, las teorías que posteriormente se deberán abordar con más detalle en otras asignaturas. Proporciona una introducción a los fundamentos sobre los que se construye la ingeniería aeroespacial, centrando el contenido en aquellos aspectos que rigen el movimiento de los vehículos aeroespaciales.

Presenta, en un sólo texto, elementos que se encuentran dispersos en multitud de libros, adapta el desarrollo de los conceptos a explicaciones de tipo cualitativo, fundamentadas en razonamientos de naturaleza física, en vez de emplear el lenguaje matemático propio. Contando únicamente con un ligero bagaje de conocimientos de matemáticas, de física y de química, al que habrá que añadir una buena dosis de sentido común, se va introduciendo al alumno suavemente y sin sobresaltos en los vericuetos de la tecnología aeroespacial, de modo que al final el alumno pueda apreciar en toda su magnitud el campo de acción de la ingeniería aeroespacial.

Este libro es fruto de la experiencia acumulada en docencia durante más de doce años en materias del área de conocimiento de la ingeniería aeroespacial como física, mecánica de fluidos, transmisión de calor, aerodinámica, aeronaves y vehículos espaciales, sistemas de propulsión, astronáutica y aeronaves diversas y tecnología aeroespacial. Su finalidad es proporcionar una introducción a los fundamentos sobre los que se construye la ingeniería aeroespacial, centrando el contenido en aquellos aspectos que rigen el movimiento de los vehículos aeroespaciales.

Conozca:

• Las teorías, áreas de conocimiento y técnicas, que permiten el aprovechamiento práctico del ámbito atmosférico y espacial, y que configuran la ingeniería aeroespacial.
• Las diferentes técnicas relacionadas con los vehículos aeroespaciales.
• El entorno del diseño y funcionamiento de los vehículos espaciales

Ventaja Competitiva:

• Es didáctico y sucinto, es un complemento para la formación de profesionales de diferentes áreas tecnológicas.

1 Introducción 1
1.1. Introducción a la ingeniería aeroespacial . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Clasificación de las aeronaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3. Anatomía de un avión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4. Clasificación de los vehículos espaciales . . . . . . . . . . . . . 16
1.5. Guía de lectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
I Fundamentos 23
2 Entorno planetario terrestre 25
2.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2. Entorno gravitatorio terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3. Estructura química atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4. Estructura térmica atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.5. Estructura eléctrica atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6. Atmósfera estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3 Mecánica de fluidos 53
3.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2. Estados de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3. Definición de fluido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.4. Flujo de un fluido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.5. Ecuación de conservación de masa . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.6. Ecuación de cantidad de movimiento . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.7. Flujos viscosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.8. Flujos compresibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
II Aerodinámica 99
4 Aerodinámica de perfiles 101
4.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.2. Origen de las cargas aerodinámicas . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.3. Flujo alrededor de un cilindro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.4. Perfiles aerodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.5. Origen de las cargas aerodinámicas sobre perfiles . . . . . . . . 118
4.6. Coeficientes aerodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.7. Regímenes de vuelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.8. Curvas características de perfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.9. Coeficiente de sustentación a partir del coeficiente de presión . 138
4.10. Entrada en pérdida de perfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.11. Perfiles laminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.12. Perfiles en régimen subsónico compresible . . . . . . . . . . . . 144
4.13. Perfiles en régimen supersónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5 Aerodinámica de alas 155
5.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.2. Arquitectura de alas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.3. Flujo en alas de envergadura finita . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.4. Introducción a la teoría de alas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.5. Alas en régimen subsónico compresible . . . . . . . . . . . . . 176
5.6. Alas en régimen supersónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.7. Dispositivos hipersustentadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
III Sistemas de Propulsión 191
6 Introducción a la propulsión 193
6.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.2. Rendimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
6.3. Empuje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

6.4. Consumo específico por unidad de empuje . . . . . . . . . . . . 199
6.5. Impulso específico y velocidad de salida efectiva . . . . . . . . 200
6.6. Incremento de velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.7. Clasificación de los sistemas de propulsión . . . . . . . . . . . 205
6.8. Comparación de los sistemas de propulsión . . . . . . . . . . . 212
7 Propulsión a hélice 221
7.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
7.2. Geometría de la hélice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
7.3. Campo de velocidades en un perfil de hélice . . . . . . . . . . . 224
7.4. Fuerzas en un perfil de hélice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.5. Teoría de cantidad de movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.6. Curvas características de una hélice . . . . . . . . . . . . . . . 242
7.7. Regímenes de funcionamiento de la hélice . . . . . . . . . . . . 246
7.8. Control de paso de hélices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
7.9. Sistema motor asociado a una hélice . . . . . . . . . . . . . . . 250
7.10. Motor alternativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
7.11. Principio de funcionamiento del motor alternativo . . . . . . . 254
7.12. Sistemas auxiliares de los motores alternativos . . . . . . . . . 259
7.13. Potencia en el eje del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
8 Propulsión a chorro 269
8.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
8.2. Aerorreactores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
8.3. Turbina de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
8.4. Turborreactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
8.5. Turbofan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
8.6. Turbohélice, propfan y turboeje . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
8.7. Estatorreactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
8.8. Motores cohete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
8.9. Motor cohete químico de combustible líquido . . . . . . . . . . 314
8.10. Motor cohete químico de combustible sólido . . . . . . . . . . 317
8.11. Motor cohete termoeléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
8.12. Motor cohete electrostático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
8.13. Motor cohete electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
8.14. Motor cohete nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
8.15. Motor cohete termosolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

IV Mecánica del vuelo 327
9 Actuaciones 329
9.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
9.2. Fuerzas externas sobre el avión . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
9.3. Ecuaciones del movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
9.4. Vuelo horizontal rectilíneo y uniforme . . . . . . . . . . . . . . 336
9.5. Ascenso y descenso rectilíneo uniforme . . . . . . . . . . . . . 343
9.6. Vuelo de planeo rectilíneo y uniforme . . . . . . . . . . . . . . 347
9.7. Factor de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
9.8. Viraje en un plano vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
9.9. Viraje en un plano horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
9.10. Actuaciones integrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
V Vehículos espaciales 367
10 Análisis de órbitas 369
10.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
10.2. Leyes fundamentales de la mecánica orbital . . . . . . . . . . . 371
10.3. Caso general de los movimientos de orbitales . . . . . . . . . . 375
10.4. Constantes de los movimientos orbitales . . . . . . . . . . . . . 379
10.5. Maniobras orbitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
11 Misiones Espaciales 389
11.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
11.2. Arquitectura de sistemas espaciales . . . . . . . . . . . . . . . 390
11.3. Clasificación de las misiones espaciales . . . . . . . . . . . . . . 392
11.4. Entorno de los vehículos espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . 395
11.5. Arquitectura de los vehículos espaciales . . . . . . . . . . . . . 404
VI Vehículos aeroespaciales particulares 413
12 Helicópteros 415
12.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
12.2. Arquitectura del helicóptero convencional . . . . . . . . . . . . 418
12.3. Clasificación de los helicópteros . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
12.4. Control de vuelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
12.5. Clasificación de rotores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
12.6. Vuelo axial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

12.7. Vuelo de avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
12.8. Autorrotación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
12.9. Interacciones aerodinámicas en el helicóptero . . . . . . . . . . 451
BIBLIOGRAFÍA 455
A El viento atmosférico 463
A.1. Fuerza de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
A.2. Aceleración de Coriolis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
A.3. Viento geostrófico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
A.4. Viento de gradiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
A.5. Viento en la capa límite atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . 470
A.6. Circulación general de la atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . 473
A.7. Corriente de chorro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
B Fuerzas sobre un fluido 477
C Introducción al análisis dimensional 481
D Control del rotor de un helicóptero 487
D.1. Efecto del batimiento en un rotor articulado . . . . . . . . . . 487
D.2. Control del rotor en vuelo axial . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
D.3. Control del rotor en vuelo de avance . . . . . . . . . . . . . . . 490
ÍNDICE ALFABÉTICO 495