Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I. Recuperación del patrimonio arqueológico aeronáutico

Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I Recuperación del patrimonio arqueológico aeronáutico Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial, navegación aérea Departamento de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Autor: Jimena de la Resurrección, Germán Tutores: del Río Cidoncha, Gloria Martínez Palacios, Juan Sevilla, 20 de Junio 2015 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 2 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 3 Trabajo de fin de grado Grado en ingeniería aeroespacial Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I Recuperación del patrimonio arqueológico aeronáutico Grado en Ingeniería Aeroespacial, navegación aérea Departamento de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Autor: Jimena de la Resurrección, Germán Tutores: del Río Cidoncha, Gloria Martínez Palacios, Juan Sevilla, 20 de Junio 2015 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 4 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 5 Trabajo fin de grado: Modelado en CATIA V5 del avión Fokker DrI. Recuperación del patrimonio arqueológico aeronáutico Autor: Jimena de la Resurrección, Germán Tutores: del Río Cidoncha, Gloria Martínez Palacios, Juan El tribunal nombrado para juzgar el trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle calificación de: El secretario del tribunal: Sevilla, 2015 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 6 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 7 Gracias por aguantarme mientras yo me empeñaba en hablaros de este trabajo. Y en particular, agradezco este trabajo en alemán: Ich schulde Team-Fokker-Schorndorf Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 8 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 9 1. Índice 1. Índice ..................................................................................................................................... 9 2. Índice de figuras .................................................................................................................. 10 3. Introducción y objetivos ...................................................................................................... 13 a. Introducción al tema ........................................................................................................... 13 b. Estructura del trabajo.......................................................................................................... 15 c. Objetivos ............................................................................................................................. 15 4. Herramienta de modelado 3D ............................................................................................. 17 a. Evolución histórica .............................................................................................................. 17 b. Herramienta usada en este trabajo, CATIA V5R19 ............................................................. 19 c. Términos usados referentes al CATIA ................................................................................. 20 5. Estudio del Fokker Dr I ....................................................................................................... 23 a. Situación histórica ............................................................................................................... 23 b. Fokker Dr I ........................................................................................................................... 27 c. Términos usados referentes a la estructura del Fokker Dr I y términos aeronáuticos ....... 32 6. Planos utilizados en este trabajo .......................................................................................... 34 7. Diseño de piezas .................................................................................................................. 37 a. Explicación previa ................................................................................................................ 37 b. Fuselaje................................................................................................................................ 37 c. Collar E................................................................................................................................. 40 d. Sleeve F................................................................................................................................ 40 e. Rudder clamp H ................................................................................................................... 41 f. Control horn ........................................................................................................................ 43 g. Pieza principal del timón de cola ........................................................................................ 45 h. 4229 ..................................................................................................................................... 47 i. 4230 ..................................................................................................................................... 49 j. 4231 ..................................................................................................................................... 50 k. Stabilizer Sleeve .................................................................................................................. 51 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 16 El objetivo principal será, por tanto, realizar el modelo con la máxima precisión posible. Esto estará limitado por la calidad de los planos, la exactitud de la información y por el hecho de que la fabricación de aviones en la época era un proceso básicamente ‘artesanal’ por lo que ciertos ajustes deberán ser hechos.  El segundo objetivo es realizar una investigación sobre la historia del avión, conteniendo su contexto, su creación, su uso y su desaparición.  Otro objetivo será analizar el uso de la herramienta CATIA V5R19, explicando los métodos utilizados para crear las piezas de la manera que se ha considerado más adecuada, así como su ensamblaje.  Además veremos brevemente la historia del programa CATIA, se comentarán otros programas existentes similares y se explicará la elección del CATIA sobre los otros. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 17 4. Herramienta de modelado 3D a. Evolución histórica La creación de piezas tridimensionales siempre ha planteado un reto a los diseñadores, que veían limitada por el soporte 2D que es el papel su capacidad de realizar nuevas piezas. Aunque las técnicas para representar la tridimensionalidad en una superficie son muy variadas, el auténtico cambio de juego aparece con la revolución de la informática. El origen podemos encontrarlo en 1955, con la creación de SAGE, un programa utilizado en el departamento de defensa estadounidense que involucraba el uso de computación gráfica. Esto estableció las raíces para la búsqueda de un sistema de diseño gráfico asistido por ordenador, aunque para encontrar lo que realmente podemos considerar como CAD debemos esperar 7 años más. En 1962 aparece ‘Sketchpad’, el primer programa informático con el que se podían manipular objetos gráficos, por lo que se considera el primer programa de dibujo por computadora. El sistema era muy tosco y primitivo, puesto que el ordenador con que trabajaba apenas tenía la capacidad de sumar y la interfaz visual era prácticamente inexistente. A pesar de ello, el sistema era capaz de permitir a los usuarios dibujar formas geométricas simples incluso en 3d, además de ser capaz de identificar las líneas visibles desde el punto de vista del observador. (Se puede ver un documental sobre el uso de dicho programa en el siguiente enlace: https://www.youtube.com/watch?v=BKM3CmRqK2o). Este programa se hizo muy popular en las universidades. Ilustración 3: Sketchpad, fotograma de historical perspective: “Computer sketchpad” En 1965 se comercializa el primer CAD, a la vez que se extienden las investigaciones. Desde el principio de los años 70, las grandes empresas del sector de la aeronáutica y automovilístico comienzan a adoptar los sistemas CAD. En 1975 AMD desarrolla el primer sistema CAD/CAM (No solo de ayuda al diseño, sino también de ayuda a la fabricación) En 1977 se comienza a crear CATIA como un proyecto interno de la empresa fabricante de aviones Avions Marcel Dassault, que hasta ese momento era una empresa que compraba los programas CAD/CAM. Aunque al principio se llamaba CATI (diseño tridimensional asistido interactivo, en francés), cuando en 1981 se crea Dassault System, una empresa subsidiaria para desarrollar y vender el software, se cambia el nombre a CATIA (mismo significado pero en inglés) Centrándonos a partir de este momento en la historia de CATIA, la compañía BOEING se convirtió rápidamente en el principal cliente, tan solo 7 años después del comienzo del desarrollo del programa. A esta compañía pronto se unirían muchas más. En 1988 se desarrollo la V5. Para ella se había reescrito por completo el código, lo que causó pérdidas multimillonarias por retrasos producidos en la producción del A-380 debidos a incompatibilidades entre versiones Desde entonces se han seguido lanzando versiones hasta hoy en día. Algunas de las empresas más destacables en el ámbito aeroespacial que han usado este programa son, además de Boeing, Airbus, Bombardier (todos los diseños de sus aviones se han hecho en CATIA), Embraer, los principales suministradores de helicópteros del ejército estadounidense, Dassault aviation, entre otros. Fuera del ámbito aeroespacial seguimos encontrando nombres conocidos como Porshe, BMW, Seat, Michelín, o incluso en ámbitos tan distintos como las empresas tecnológicas Nikon y Nokia o el arquitecto Frank Gehry Ilustración 4: Museo Guggenheim, ejemplo de uso de CATIA en arquitectura (imagen de la revista 20minutos) Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 19 b. Herramienta usada en este trabajo, CATIA V5R19 Como ya hemos expuesto, la necesidad de un método para facilitar el diseño de piezas 3D llevó a desarrollar el programa CATIA de modelado. Sin embargo, también se desarrollaron otros programas con características similares. A continuación, destacaremos las principales características de CATIAV5R19, explicando por qué se ha escogido este software y subrayando las principales diferencias con otros programas de CAD. Una de las grandes características del CATIA es que se encuentra ampliamente extendido y reconocido en todo el mundo. Las grandes empresas del sector aeroespacial (Boeing, Airbus Group, Embraer,…) utilizan este software para sus aviones. Esta es uno de los principales motivos para escogerlo Una de las principales razones por las que el sector aeroespacial (y el automovilístico también) emplean el programa es por su módulo de superficies, mucho más completo y potente que la competencia, lo que es necesario debido a la importancia del diseño de superficies complejas en sistemas aerodinámicos. Ilustración 5: ejemplo del uso del módulo de superficies en CATIA, imagen obtenida de Youtube de Mohammed Shakeel Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 20 Esta potencia y capacidad deriva en que es una herramienta muy compleja. Aunque en principio esta parece una razón para desaconsejarlo, también implica que dominar su manejo facilita después el aprendizaje de muchos otros softwares similares pero simplificados, por lo que es adecuado saber manejarla correctamente. El que sea el software más extendido en el sector aeroespacial lleva a que sea el que estudiamos en la carrera. Esta es la razón decisiva de la elección de herramienta CAD El gran problema del CATIA es el precio de la licencia, muy superior a la competencia. Este problema es secundario en nuestro caso, ya que, como estudiante y no teniendo intereses comerciales, se puede adquirir el programa en la universidad. c. Términos usados referentes al CATIA En este documento se emplea constantemente terminología del programa CATIA. Para el usuario medio de este programa le resultará un vocabulario conocido, pero para el resto de lectores presentamos a continuación una breve explicación de los términos más comúnmente empleados, descritos en orden alfabético:  Assembly design Module: Uno de los tres módulos de CATIA utilizados para realizar el modelo. Su función consiste en establecer relaciones geométricas entre distintos ‘CatPart’, fijando o permitiendo el movimiento de unas piezas respecto de otras. En otras palabras, permite realizar un ensamblaje de piezas.  CatPart: Es una pieza realizada en el ‘Part design module’  CatProduct: Es un ensamblaje realizado en el ‘Assembly design module’  Coincidence: Es una ‘constraint’ mediante la cual se establece una relación de coincidencia entre los ejes de dos piezas en un ensamblaje, en el ‘assembly design module’  Constraint: Es una restricción, un requisito de algún tipo que la pieza, ensamblaje o boceto debe cumplir. Generalmente nos referimos a ‘constraint’ en este documento cuando hablamos de las relaciones entre las piezas de un ensamblaje  Fix together: Es una ‘constraint’ mediante la cual se fija la posición de una pieza respecto a otra tal y como se encuentra en el momento en que se establece la orden Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 21  Groove: Es una función para eliminar material cuando estamos modelando un ‘CatPart’. Consiste en hacer rotar un ‘Sketch’ alrededor de un eje y el sólido que este formaría es eliminado, por lo que es una función muy útil cuando tratamos con piezas de revolución  Hole: Es una función para eliminar material cuando estamos modelando un ‘CatPart’. Permite hacer agujeros, seleccionando su posición en un ‘Sketch’, sus dimensiones y otras opciones  Merge rib’s end: Es una opción dentro de la función ‘rib’. Permite que el sólido creado no acabe en el extremo de la línea central, sino que continúe en la misma dirección en la que iba la línea central hasta que encuentre una superficie de la pieza.  Mirror: Es una función que existe tanto en ‘assembly design module’ como en ‘Part design module’. En el primero crea una pieza simétrica a la anterior, colocada en una posición simétrica respecto de la pieza original habiendo seleccionado un determinado plano de simetría. En el segundo caso se crea material simétrico al creado por otra función del módulo, habiendo seleccionado un determinado plano de simetría.  Multisections solid/surface: Es una de las funciones de ‘Part design module’ y ‘Wireframe and surface design module’ que hacen tan atractivo CATIA respecto a otras herramientas de CAD. Te permite crear un sólido o una superficie dibujando distintas secciones de ellos, siendo el programa el que rellena de manera automática el espacio entre las secciones de la manera más adecuada. Hay multitud de opciones para configurar esta función.  Offset: Es una ‘constraint’ mediante la cual se establece una relación de distancia entre las superficies o planos de dos piezas en un ensamblaje, en el ‘assembly design module’  Pad: Es una función para crear material cuando estamos modelando un ‘CatPart’. Consiste en extrusionar un ‘Sketch’ en una determinada dirección hasta un cierto límite o distancia, siendo el resultado el sólido que se forma.  Part design module: Es uno de los tres módulos de CATIA empleados para este trabajo. Es el módulo básico, con el que podemos crear sólidos (‘CatPart’) a través de múltiples funciones  Pocket: Es una función para eliminar material cuando estamos modelando un ‘CatPart’. Consiste en extrusionar un ‘Sketch’ en una determinada dirección hasta un cierto límite o distancia y el sólido que se formaría es eliminado.  Rib: Es una función para crear material cuando estamos modelando un ‘CatPart’. Consiste en barrer un ‘Sketch’ a lo largo de una curva o línea central, generalmente manteniendo el sketch perpendicular a la misma. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 22  Shaft: Es una función para crear material cuando estamos modelando un ‘CatPart’. Consiste en hacer rotar un ‘Sketch’ alrededor de un eje y el resultado es el sólido que se forma, por lo que es una función muy útil cuando tratamos con piezas de revolución  Sketch: Es un boceto en dos dimensiones, realizado en el ‘part design module’ y utilizado de múltiples maneras  Up to next: Es una opción de la función ‘pad’. Permite que el límite donde llega la extrusión sea la siguiente superficie de la pieza que se encuentra en el camino  Wireframe and surface design module (llamado también surface module): Es uno de los tres módulos empleados en el modelado, siendo este el que menos se ha utilizado. Fundamentalmente se han usado tres funciones. ‘multisection surface’, explicada anteriormente, ‘intersection’, que permite hallar la intersección entre distintos elementos, y ‘sweep’, que permite crear una superficie mediante el movimiento de una curva en una determinada dirección Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 23 5. Estudio del Fokker Dr I a. Situación histórica En este apartado explicamos el contexto en el que se encontraba el Fokker Dr.I. Para ello hablaremos brevemente de la situación militar y veremos algunas especificaciones técnicas de aeronaves representativas para conocer la situación en que se encontraba la técnica de la época. Poco después de haber sido inventada la aviación en sí, comenzó a ser utilizada con propósitos militares. Esto se inició por parte de Bulgaria, en la primera guerra de los Balcanes, con el primer uso militar del avión Blériot XI Modelo Blériot XI Potencia de motor 25 CV Velocidad máxima 65 km/h Rango máximo 300 km Techo de servicio 1000 m Velocidad de subida 286 m/min Tabla 1: Especificaciones Bléirot XI, primer avión utilizado con propósitos militares Ilustración 6: Reproducción de un Bléirot XI Sin embargo, no fue hasta la llegada de la primera guerra mundial en 1914 (Tan solo 11 años después del primer vuelo de los hermanos Wrigth), que se comenzaron a usar de forma amplia, en primer lugar para el reconocimiento y, al intentar impedir que el enemigo realizara dicho reconocimiento, en una lucha por el control del cielo. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 24 La primera guerra mundial enfrentaba a los imperios centrales contra los llamados aliados. En los tres años que duró la contienda se produjo un amplio avance en la aviación de ambos bandos, que luchaban en un esfuerzo por superarse mutuamente. Durante los primeros meses de la guerra los aviones se usaban solo para el reconocimiento. Muchos tenían dos asientos, el copiloto armado con ametralladoras que únicamente podían disparar hacia los lados, debido a que al frente se encontraba la hélice. Cuando un piloto francés, Roland Garros, reforzó la hélice propulsora con deflectores metálicos permitiendo que la máquina disparara a través de él, el avión se convirtió en un aparato ofensivo. Otra solución para el mismo problema fue el uso de los propulsores de empuje, en lugar de tracción, que tenían el motor detrás del piloto, como es el caso del avión aliado Vickers F. B. 5, cuyas especificaciones vemos a continuación Modelo Vickers F.B.5 Potencia de motor 100 CV Velocidad máxima 113 km/h Rango máximo 400 km Techo de servicio 2750 m Velocidad de subida 1520 m en 16 min Tabla 2:Especificaciones Vickers F.B.5, avión aliado con propulsión de empuje Ilustración 7: Vickers F.B.5, obsérvese la situación de la hélice propulsora tras el piloto Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 25 En 1915, Anthony Fokker instaló en sus aviones alemanes un mecanismo de sincronización del motor con las armas, ya que las balas reforzadas alemanas hacían inútil un revestimiento de la hélice. Sus aviones dieron a la aviación alemana una ligera ventaja, principalmente con el Fokker Eindecker I, aunque los aviones enemigos como los Nieuport 11 ofrecían una lucha muy igualada. Modelo Fokker Eindecker I Potencia de motor 60 CV Velocidad máxima 130 km/h Rango máximo 200 km Techo de servicio 3000 m Velocidad de subida 1.7 m/s Tabla 3: Especificaciones Fokker Eindecker, avión con disparo sincronizado que dio una ligera ventaja a la aviación alemana Ilustración 8: Fokker Eindecker I, avión monoplano alemán Modelo Nieuport 11 Potencia de motor 80 CV Velocidad máxima 170 km/h Rango máximo 330 km Techo de servicio 4600 m Velocidad de subida 3000 m en 15 min Tabla 4: Nieuport 11, avión rival del Fokker Eindecker Este dibujo esquemático nos revela de manera muy completa y sencilla la estructura del avión. Vemos en el morro del avión un motor de 9 cilindros, origen de la potencia del motor. La hélice se encuentra en la parte delantera, por lo que para disparar a través de ellas las armas se encontraban sometidas a una sincronización para no dañarla. De los tres planos alares dos se encuentran sujetos al cuerpo del avión y el superior se encuentra bastante por encima, sujeto por unos montantes. Es en este plano donde vemos unos alerones, que no hay en ninguno de los otros planos alares. Vemos montantes que conectan las alas con el propósito de reducir las vibraciones, como se explicó antes. Entre las ruedas del tren de aterrizaje se aprecia una pequeña ala, por lo que a veces se ha referido a este avió como ‘de tres alas y media’ La estructura es muy ligera, formada por barras (huecas, aunque eso no se puede apreciar en el dibujo), costillas aligeradas, y largeros huecos. En la cola se ve un saliente en la parte inferior, que es un apoyo para la cola cuando el avión se encuentra en tierra. c. Términos usados referentes a la estructura del Fokker Dr I y términos aeronáuticos En las explicaciones en este trabajo se utilizan ciertos términos, muchos de los cuales pueden ser familiares para los conocedores de la aeronáutica. Para que el público general pueda seguir las explicaciones, procedemos a comentar un pequeño glosario en orden alfabético con los términos más utilizados.  Alerones: Superficie de control aerodinámico, situada en el borde de salida de las alas (en el caso del triplano Fokker Dr.I en las alas superiores) y controla el balance  Cantiléver: Se dice de las alas que tienen todos los elementos rigidizadores por dentro. Este tipo de alas ofrece mucha menos resistencia aerodinámica  Costilla: Elemento rigidizador de las alas, en el sentido trasversal. Tiene la forma de la sección del ala, a menudo aligerada  Cuerda: Longitud desde el borde de ataque del ala hasta el borde de salida, medido en línea recta. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 33  Dornier J Do Wal ‘Plus Ultra’: Avión de la armada española que cruzó el Atlántico en 1922, desde Huelva hasta Buenos Aires  Estabilizador horizontal: Elemento estabilizador del avión. Generalmente se encuentra en la cola y tiene forma plana o fuselada, dispuesto en posición horizontal, fijo al cuerpo del avión. Estabiliza en el ángulo de cabeceo.  Estabilizador vertical o deriva: Elemento estabilizador del avión. Generalmente se encuentra en la cola y tiene forma plana o fuselada, dispuesto en posición vertical, fijo al cuerpo del avión. Estabiliza en el ángulo de guiñada  Fuselaje: Cuerpo principal del avión, donde se encuentra la tripulación, pasajeros y carga. Adosado a él se encuentran las alas, estabilizadores horizontales y verticales y el tren de aterrizaje (en caso de que no se encuentre retraído)  Larguero: Elemento rigidizador de las alas, en el sentido longitudinal. Generalmente es una o varias barras largas, pudiendo ser también un elemento más complejo.  Montante: Elemento rigidizador de las alas. Son aquellas barras que unen las alas con el fuselaje, o las distintas alas entre sí en caso de un avión con varios planos alares. Un avión con montantes no puede ser un avión cantiléver, puesto que ya tiene elementos rigidizadores externos a las alas.  Pitch/Cabeceo: Ángulo formado entre la dirección del morro del avión con la horizontal  Rango: Longitud máxima a la que puede llegar el avión con la carga máxima de combustible.  Roll/Balance: Ángulo formado entre la dirección de las puntas de las alas del avión con la horizontal  Techo: Altura máxima que puede alcanzar un avión  Timón de cola: Superficie de control aerodinámico. Generalmente se encuentra situada en el borde de salida del estabilizador horizontal y permite el control del cabeceo. (En el caso del Fokker Dr.I no hay estabilizador horizontal, pero el timón de cola se sigue encontrando en la posición que acostumbra en la mayoría de aeronaves)  Timón de profundidad: Superficie de control aerodinámico. Generalmente se encuentra situada en el borde de salida del estabilizador horizontal y permite el control del cabeceo  Tren de aterrizaje: Elemento del avión compuesto por una estructura, ruedas o patines y amortiguadores, necesario para aterrizar. En los aviones más modernos acostumbran a ser retráctiles, puesto que la resistencia aerodinámica que ofrecen es muy grande  Yaw/guiñada. Ángulo formado entre la dirección del morro del avión y con la dirección norte Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 34 6. Planos utilizados en este trabajo La obtención de los planos del Fokker Dr I fue fruto de una importante tarea investigadora, de la buena voluntad por parte de algunos centros especializados en el tema y, como en todo trabajo, una pequeña parte de suerte. La búsqueda de material e información se centró en internet, contactando con diversos medios, páginas, particulares y sociedades mediante e-mail. El método podemos denominarlo como ‘fuerza bruta’. Se contactó a una gran cantidad de personas hasta que finalmente tuvimos la ‘suerte’ de encontrar alguien que pudiera ayudarnos. Como ya se ha explicado anteriormente, el avión Fokker Dr I no fue la primera idea de avión para el modelado, sino el Dornier J Wal ‘Plus ultra’. Conociendo que una reproducción a escala se encontraba en el museo del aire en cuatro vientos, Madrid, se intentó contactar con ellos, sin llegar a obtener respuesta. Una búsqueda en la web nos llevó a encontrar el ‘Dornier Wal documentation center’, con los que contacté explicando mi situación. Me aconsejaron que comprara su libro para documentarme, pero ni me ofrecieron planos detallados ni volvieron a responder a los e-mails. Buscando información sobre el avión decidimos contactar con el lugar que alberga el avión original, el Museo Lujan de Argentina, pensando en que tendrían copias de los planos, pero tampoco obtuvimos respuesta. Para este momento nos habíamos familiarizado con distintos tipos de aviones de la época encontrando que otros aviones quizás serían más apropiados para el trabajo, de modo que extendimos el campo de búsqueda. En este nuevo campo de búsqueda nos dirigimos a preguntar en la página de ‘The vintage aviator’, una empresa especializada en manufacturar elementos de piezas de aviones de época y reproducciones completas. Amablemente nos redirigieron a World War One Aero, una empresa sin ánimo de lucro que publican dos revistas, aero y skyways, que no tenían planos del plus ultra pero tenían muchos dibujos disponibles a la venta de otros aviones. Sin embargo, la falta de previsualización de los dibujos unida al precio (aunque bajo, puesto que el ánimo es mantener la página y no buscar beneficio) hizo que siguiéramos buscando. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 35 A continuación nos dirigimos a un organismo gubernamental, la división de historia de la NASA, que nos informaron que ellos no guardaban planos de las aeronaves, pero que el ‘Smithsonian National Air and Space Museum’ si guarda en archivo. Facilitaron un ‘link’ para hacer una solicitud de información. Lamentablemente, tras realizar la solicitud de información te indicaban que, debido a la gran cantidad de solicitudes que recibían, tardan un mínimo de tres semanas en contestar. Para cuando se hubiera cumplido ese plazo ya habríamos encontrado nuestra fuente de información. Siguiendo con organismos estadounidenses, preguntamos al ‘National Museum of the US air force’, que al igual que la división de historia de la NASA no albergaban planos e igualmente nos redirigieron al ‘Smithsonian National Air and Space Museum’ Cambiando completamente el tipo de organización donde buscábamos, intentamos contactar con ‘Rise off fligth’, un juego online que sirve de simulador de pilotaje de aviones de la primera guerra mundial, suponiendo que habrían utilizado planos para sus modelos digitales. Sin embargo, no llegaron a responder al contacto. Otros intento infructuoso de comunicación fue con Airdrome airplanes, empresa que se dedica a la fabricación de réplicas a escala de aviones de la primera guerra mundial, que no contestaron Finalmente, en el portal ‘www.fokkerdr1.com’ hay una lista de posibles fuentes de los planos, algunas con las que ya habíamos contactado y otras con las que no. Probamos con las que no habíamos contactado aún y finalmente hubo suerte. El correo de contacto era de Achim Engels, miembro de ‘Fokker-Team-Schorndorf’, un grupo de personas dedicadas como hobby a realizar réplicas de aviones de la primera guerra mundial. Además de construirlos también crean sus propios planos de construcción, perfectamente detallados y algunos de los cuales se pueden previsualizar en su página web. Sin embargo, en la página web explicaba cómo sus planos ya no se encontraban a la venta. No dejándonos desanimar por ello, le explicamos la situación en la que nos encontrábamos, y se les ofreció darles el modelo digital del avión a cambio de que nos permitieran utilizar los planos. Efectivamente todo se desarrolló de manera muy feliz para ambas partes. El ‘fokker-team- Schorndorf’ nos proporcionó los planos que tenían disponibles (que no eran todos, en el análisis de las piezas se detallarán los problemas que tuvimos de falta de información en ciertas partes) y una parte del libro de Paul Leaman sobre la construcción de la aeronave. A cambio, le enviaremos copia del TFG y el modelo al finalizar el proceso oficial de presentación del trabajo. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 36 Para complementar la información, encontramos referencias a la aeronave en el segundo tomo de la enciclopedia ilustrada de la aviación. Destacamos que puede parecer que se dejaron muchas conversaciones en el aire, muchos correos sin responder, pero hay que tener en cuenta que el proceso de búsqueda de información duró muy poco (apenas 20 días), de modo que en un lapso de tiempo tan corto no se pudo insistir mucho en aquellos que no habían respondido a los e-mails. Una vez encontrada una fuente de información como la que tuvimos la suerte de conseguir, no fue necesario hacerlo. La creación de los planos por parte del ‘Fokker-Team-Schorndorf’, según explican ellos mismos en su página web, es “basado en los resultados de largos años de investigación histórica y rediseño del modelo. Cada pequeño detalle ha sido comprobado varias ocasiones por nosotros mismos sobre su exactitud histórica. Otras aeronaves similares del mismo diseñador que se conservan en museos de todo el mundo han sido cuidadosamente medidas, fotografiadas y estudiadas. […] Dado que ningún set original completo ha sobrevivido hasta hoy en día […], el rediseño ha sido basado, como mencionado anteriormente, en las comparaciones con otros tipos de aviones Fokker y sus medidas, así como en muchas pequeñas partes de los dibujos originales de Fokker, documentos del ejército de Prusia, bocetos, textos e incontables fotografías históricas. El departamento de investigación del Fokker-Team-Schorndorf ha hecho un trabajo cauteloso desde el punto de vista histórico y no del punto de vista comercial.” Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 37 7. Diseño de piezas a. Explicación previa En este capítulo se explican una por una las piezas creadas para el modelado del avión Fokker Dr I. Se entiende por pieza un ‘CatPart’. Es de destacar que algunos elementos, para facilitar el ensamblaje, el modelado o por cualquier otra razón, han sido creadas en el mismo ‘CatPart’ aunque en la fabricación real pudieran ser piezas diferentes. Se analizarán debidamente en el subapartado del ‘CatPart’ correspondiente Por último, las explicaciones de las relaciones de unas piezas con otras pueden resultar insuficientes. Esto es porque en el capítulo ‘Ensamblajes’ se analizan con más profundidad y con imágenes para facilitar la comprensión, por lo que no resulta adecuado repetirlos en este apartado, donde nos centramos en las piezas como individualidades. b. Fuselaje Comenzamos explicando la pieza base del avión. Para esta pieza comenzamos intentando seguir los planos del libro de Paul Leaman. Sin embargo, pronto nos damos cuenta que sus indicaciones son insuficientes y pasamos a utilizar los planos de construcción proporcionados por el Fokker-Team-Schorndorf. A pesar de la calidad de estos planos nos encontramos con problemas al modelar la estructura, los cuales explicaremos a continuación. Para comenzar, hemos de explicar que inicialmente hicimos la estructura mediante curvas y ‘sketches’ unidimensionales con la idea de, una vez teniendo la estructura de líneas y puntos, modelar las barras mediante ‘rib’ Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 38 Ilustración 14: Estructura del fuselaje mediante lineas y puntos Sin embargo, al realizar los ‘rib’ nos encontramos con este resultado en las intersecciones de las barras Ilustración 15: intersección de las barras Es una intersección muy poco realista. No tiene la apariencia de soldadura que debía tener la estructura original, sino que una barra se encuentra incrustada en la otra. Para solucionar el problema se propuso estirar la primera de las barras la longitud del radio de la segunda barra, y al modelar esta segunda barra utilizar la opción ‘merge ribs end’. Sin embargo no dio resultado al aparecer un error ‘Topological operator: imposible relimitation on the main part. – Change specifications’. Sin embargo este error no aparecía cuando se utilizaban barras macizas. Se probaron sin éxito diversas variantes de esta solución. Finalmente se optó por realizar la estructura de barras macizas y después mediante la opción ‘pocket’ o ‘slot’ retirar el material del interior de las barras. El resultado fue muy satisfactorio. Finalmente se realizaron los últimos detalles del fuselaje. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 39 Ilustración 16: Detalle del fuselaje, se aprecia la unión de las barras de manera más adecuada que antes Vemos la parte de la cola del fuselaje, que es la que está modelada de manera más diferente, mediante ‘Shaft’ y ‘pad’ Ilustración 17: Zona de la cola del fuselaje Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 40 c. Collar E Esta pieza es muy sencilla. Sus planos los encontramos en el apartado “Rudder” del capítulo 6 del libro “Fokker Dr I”, de Paul Leaman, y es el siguiente Ilustración 18: Planos del Collar E de Paul Leaman La manera más sencilla de modelar esta pieza en CATIA es mediante un ‘sketch’ con dos círculos concéntricos de los diámetros adecuados y un ‘pad’ de dicho ‘sketch’ d. Sleeve F Esta pieza es también muy sencilla y sus planos los encontramos junto a los planos de ‘Collar E’ y son los siguientes. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 41 Se modela como la pieza anterior, mediante el ‘pad’ de un ‘sketch’ adecuado Esta pieza también forma parte del timón de cola del avión e igualmente será montada en el ensamblaje de las piezas del timón de cola Hay dos de ellas, situadas entre cada uno de los ‘Rudder Clamp H’ y la barra principal del timón de cola. Su objetivo es reducir la fricción entre esas dos piezas, puesto que se hallan en constante rotación relativa. e. Rudder clamp H Mismo origen que las dos piezas anteriores, aunque su diseño es ligeramente más complejo, como vemos en el siguiente plano. Ilustración 19: planos del sleeve F de Paul Leaman Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 48 Ilustración 27: Modelo de la pieza 4229 vista isométrica Para modelarla en CATIA, primero se efectuó un ‘pad’ sobre el ‘sketch’ adecuado para hacer un agarre, a continuación el segundo se hizo mediante un ‘mirror’. El cuerpo central se hizo mediante una serie de ‘pad’ y se finaliza haciendo los agujeros mediante ‘pocket’. Vemos el desarrollo en esta secuencia de imágenes. Ilustración 28: Modelado de la pieza 4229 Esta pieza forma parte del montaje que une el elevador a la pieza principal del estabilizador horizontal, pero permitiendo el giro relativo respecto de un eje. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 49 i. 4230 Esta pieza es similar al ‘Rudder clamp H’, tanto en forma como en función. La forma difiere en tener los brazos ligeramente en ángulo (‘Rudder clamp H’ tenía los brazos en paralelo) además de tener una circunferencia que envuelve a la barra principal del elevador. En función, es la pieza que va rígidamente unida a la pieza principal del estabilizador horizontal, permitiendo el giro relativo del elevador alrededor del eje de su barra principal. Vemos los planos, obtenidos de igual forma que la pieza anterior. Ilustración 29: Plano de la pieza 4230 por Fokker-Team-Schorndorf La similitud con ‘Rudder clamp H’ hace que la modelemos de manera muy similar, haciendo un ‘rib’ del ‘sketch’ de una sección, para finalmente hacer los agujeros con ‘pocket’. Como diferencia, se hace un ‘pad’ para la circunferencia central Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 50 j. 4231 Tenemos sus planos de la misma manera que en las dos piezas anteriores, los presentamos a continuación Ilustración 30: Plano de la pieza 4231 por Fokker-Team-Schorndorf El modelado de esta pieza es tremendamente sencillo, mediante el ‘pad’ de la sección y el ‘pocket’ para el agujero Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 51 k. Stabilizer Sleeve Es otra pieza muy sencilla, pero en este caso no disponemos de planos directamente. Conocemos que es una pieza cilíndrica que va abrazando las barras de la pieza principal del estabilizador horizontal, por lo que conocemos su diámetro interior (38mm). Sin embargo, nos falta la longitud y su espesor. Para ello, observamos cómo en la tabla del plano de la pieza principal del estabilizador horizontal aparece en la lista de materiales que es necesaria una barra de 38mm de diámetro interior, 1.5 mm de espesor y 30cm de longitud. Puesto que necesitamos 4 piezas, esos 30cm de longitud se dividen entre cuatro. Tenemos por tanto una pieza con forma de tubo, diámetro inferior 38mm (diámetro exterior de la barra donde va soldada), de espesor 1.5mm (lo especifica la tabla) y 7.5cm de longitud (los 30 cm que especifica la tabla dividido entre el número de piezas que hay de este tipo) Ilustración 31: Tabla extraída del plano de la pieza principal del estabilizador horizontal, por Team-Fokker- Schorndorf Mediante un ‘pad’ del ‘sketch’ de la circunferencia de los diámetros adecuados modelamos la pieza Su uso es para proteger del excesivo calor a la pieza principal del estabilizador horizontal durante el proceso de soldado de las distintas barras. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 52 l. Timón de profundidad Es una de las dos grandes piezas del montaje del estabilizador horizontal. Es la superficie de control que controla el ángulo de cabeceo, esto es, giro respecto del eje y (el eje y va desde el centro de masas del avión hacia la dirección del ala izquierda) Su plano lo proporciona Fokker-Team-Schorndorf y lo presentamos aquí Ilustración 32: Plano del timón de profundidad por Fokker-Team-Schorndorf El modelado es complejo. Para comprender el proceso, guiamos a través de una serie de imágenes. Comienza con la creación de la mitad de la barra principal a través de un ‘pad’ Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 53 Ilustración 33: Modelado del timón de profundidad, paso 1 A continuación, realizamos mediante líneas el exterior del timón de profundidad. Mediante una serie de consideraciones geométricas, se realiza un plano que es perpendicular al plano formado por las dos líneas del ‘triángulo’ y contiene a la línea bisectriz de esas dos mismas líneas. Este plano se utilizará para el siguiente paso. Ilustración 34: Modelado del timón de profundidad, paso 2 Mediante dos ‘pad’ hacemos el ‘triángulo’, dando como límite en la esquina del ‘triángulo’ el plano obtenido previamente. Luego, mediante un ‘rib’ hacemos la barra que recorre el resto de Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 54 la línea. Destacamos que es necesario usar la opción ‘merge ribs end’, para que el ‘rib’ se funda adecuadamente en la barra principal. Realizamos también el final de la costilla más exterior mediante otro ‘pad’ con la característica ‘up to next’, para que se funda adecuadamente con las otras barras. Ilustración 35: Modelado del timón de profundidad, paso 3 Se hallan las líneas centrales del resto de costillas y se crean mediante ‘rib’ y ‘mirror’ Ilustración 36: Modelado del timón de profundidad, paso 4 Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 55 Mediante el uso de ‘thick surface’ sobre una superficie realizada mediante ‘multi-section surface’ obtenemos el final aplastado de la barra principal, fundiéndola con la barra exterior mediante un ‘merge ribs end’. Aclaramos que este aplastamiento no está cuantificado en los planos, en la realidad simplemente se hace aplicando fuerza hasta que queda con una forma que se puede soldar a la barra exterior. Lo realizado por nosotros es una forma de modelar ese proceso ‘artesanal’ La superficie se obtiene pasando del círculo que es la sección de la barra principal a una elipse, cuyo radio mayor es superior al radio del círculo y su radio inferior ligeramente menor que el radio del círculo de la barra exterior. Ilustración 37: Modelado del timón de profundidad, paso 5 Finalmente, se hace ‘mirror’ de la estructura completa, obteniendo el siguiente resultado Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 56 Ilustración 38: Modelado del timón de profundidad, paso 6 m. Pieza principal del estabilizador horizontal Como es de esperar, es la pieza más compleja del estabilizador horizontal. El resto de las piezas del ensamblaje irán montadas sobre ella. La función de esta pieza es, como es evidente, proporcionar estabilidad en la dirección horizontal, además de ser soporte de la superficie de control que es el timón de profundidad. El plano nos lo facilita Fokker-Team-Schorndorf y lo mostramos a continuación Ilustración 39: Plano de la pieza principal del estabilizador horizontal, por Fokker-Team-Schorndorf Pasamos a explicar el modelado. Para comprender mejor, aclaramos primero que a las barras principales, la estructura base, les llamaremos barra frontal, lateral y trasera. El resto de barras las denominaremos costillas y barras exteriores. También ilustraremos el proceso. Primero hacemos el que sería el plano ‘bisectriz’ entre la barra frontal y la lateral derecha. Mediante un ‘pad’ poniendo como límite este plano, creamos la mitad derecha de la barra frontal. Mediante un simple ‘pad’ hacemos la mitad de la barra trasera. Por último, mediante un ‘pad’ desde el plano creado y usando ‘up to next’ para que se funda en la barra trasera, creamos la barra lateral derecha. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 64 Por último, realizamos los radios de la rueda. En principio se iban a realizar como piezas separadas, pero finalmente se decidió que formaran parte de la misma pieza para que el ensamblaje no resultara excesivamente complicado Ilustración 49: Modelado de la rueda, radios Se observa como los radios se interseccionan. En la pieza real estos radios estarían en contacto, pero no cortados. p. Pieza principal del tren de aterrizaje Es la estructura del tren de aterrizaje, sobre la que se ensamblarán el resto de las piezas. Presenta simetría de los lados derecho e izquierdo, por lo que modelamos uno de ellos y haremos ‘mirror’. Cada lado está formado por dos barras de sección elíptica, con el extremo superior adaptado para encajar con la pieza 02000 y el extremo inferior soldado al amortiguador. Del amortiguador sale el eje donde se situarán las ruedas, y entre el amortiguador del lado derecho y el del lado izquierdo hay una barra cubierta por una especie de ala, cuya función es reducir la resistencia del tren de aterrizaje. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 65 Para el modelado nos basamos en los siguientes planos, proporcionados por el fokker-team- schorndorf. Ilustración 50: Disposición general del tren de aterrizaje, por fokker-team-schorndorff Ilustración 51: Planos del amortiguador del tren de aterrizaje, por fokker-team-schorndorff Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 66 El modelado lo comenzamos con las barras de sección elíptica. Con los planos calculamos los puntos donde comienzan y acaban las barras y las creamos mediante un ‘rib’. El extremo superior de las barras lo hacemos mediante un ‘shaft’ para la parte esférica y un sólido por multisecciones para la unión de dicha parte esférica con la barra. En principio, dejamos la parte inferior de las barras, las que se unen con el amortiguador, sin finalizar. Ilustración 52: Modelado de la pieza principal del tren de aterrizaje, barras elípticas Pasamos al amortiguador, la pieza más compleja. Explicamos brevemente los distintos pasos seguidos y a continuación mostramos una serie de imágenes que ayuden a comprender el modelado. En primer lugar, con un ‘pad’ se hace el cuerpo principal. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 67 A continuación, se hace la serie de agujeros mediante ‘pocket’ y los tubos laterales mediante ‘pad’ Para la siguiente parte de la pieza, utilizamos un ‘multisections solid’, que es la manera más sencilla de definir esa superficie Continuamos con los laterales mediante ‘pad’ y ‘mirror’ Ahora que tenemos la parte externa del amortiguador, podemos finalizar el extremo inferior de las barras utilizando la opción ‘merge ribs end’ de la orden ‘rib’ Por último completamos la parte interior del amortiguador mediante una serie de ordenes ‘pad’ Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 68 Ilustración 53: Proceso de modelado del tren de aterrizaje, amortiguador Destacamos que no se ha modelado el ‘muelle’ del amortiguador. Este muelle va enrollado sobre los dos cilindros de los lados, pasando por encima del eje central. De este modo, cuando el avión tocara tierra, el eje presionaría la goma del amortiguador, suavizando el golpe. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 69 q. Costilla estándar, no estándar y patrones Para el modelado de los grupos de costillas de las alas de manera que no se complique el ensamblaje de las alas, procedemos de la siguiente manera. Primero hacemos la pieza de una costilla estándar, utilizando el plano proporcionado por el Fokker-Team-Schorndorf que vemos a continuación. Ilustración 54: Costilla estándar, por Fokker-Team-Schorndorf La única complicación de la pieza es la forma de la curva, necesitará un ‘sketch’ bastante complejo. Este lo hacemos dibujando los puntos que el plano nos indica y uniéndolos mediante una curva ‘spline’. Eso nos da la línea que forma de la curva, hacemos dos curvas iguales, una por arriba y otra por debajo, para tener un ‘sketch’ cerrado. En la siguiente imagen vemos a lo que nos referimos, la curva central es la línea punteada y vemos arriba y abajo dos líneas continuas que son el verdadero ‘sketch’ que vamos a utilizar Ilustración 55: ‘Sketch’ de la costilla, detalle inferior Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 70 Realizamos un ‘pad’ del grosor indicado por el plano. A continuación hacemos un ‘sketch’ de toda la zona central, incorporando los agujeros, y hacemos ‘pad’ Ilustración 56: 'Pad' central de la costilla Por último, mediante un ‘pocket’ hacemos el último retoque de la costilla, obteniendo el siguiente resultado Ilustración 57: Resultado del modelado de la costilla estándar Una vez tenemos la costilla estándar la guardamos como 3 archivos distintos. En cada uno de ellos hacemos una traslación, un patrón rectangular y un ‘mirror’, de acuerdo a las distancias y número de elementos que tienen cada una de las alas. Acabamos entonces con tres ‘CatPart’, formados por un conjunto de costillas estándar en unas posiciones determinadas de acuerdo a los planos de las alas proporcionados por el Fokker-Team-Schorndorf La costilla no estándar es muy parecida, la única diferencia es la posición de alguno de los puntos de la parte inferior y el rectángulo central. El resultado lo vemos aquí. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 71 Ilustración 58: Resultado del modelado de la costilla no estándar Repetimos lo mismo, la guardamos en dos ‘CatPart’ distintos (El ala superior no tiene costillas no estándar, de ahí que solo guardemos dos en lugar de tres) y en cada uno hacemos una traslación y ‘mirror’ acordes con los planos de las alas. Ilustración 59: Distribuciones de costillas estándar y no estándar en las tres alas Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 72 r. Largueros No disponemos de planos suficientemente exactos al respecto de esta pieza ni sobre nada más acerca de las alas. Es por ello que el modelo se basa en fotografías y los pocos esquemas cualitativos que tenemos. Para modelarlo simplemente hacemos un ‘Sketch’ con la forma de la sección y extrusionamos con un ‘pad’ a tres longitudes distintas, una por cada ala, obteniendo tres ‘CatPart’ distintos. El ‘Sketch’ está formado por dos curvas cerradas, un rectángulo grande y un cuadrado pequeño, los dos largueros que atraviesan cada ala. El larguero pequeño se corta en cada ala de acuerdo a los planos. El resultado es el siguiente (Vemos solo el extremo del larguero del ala inferior, el resto son iguales variando las longitudes) Ilustración 60: Extremo de los largueros Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 73 8. Ensamblaje a. Ensamblaje de las piezas del timón de cola El ensamblaje del timón de cola es un ensamblaje muy sencillo, y se monta sobre la pieza principal del timón de cola, la cual se fija. Utilizamos el módulo ‘assembly design module’  Collar E: Su eje coincide con el eje de la barra principal de la pieza principal del timón de cola. Se fija la distancia a la parte inferior de la barra principal. Queda un grado de libertad, giro respecto de su eje, pero se deja libre puesto que, al ser una pieza de revolución respecto de ese eje, no nos importa su posición (es igual cualquiera que sea)  Control Horn: El eje el agujero central del ‘control horn’ coincide con el eje de la barra principal de la pieza principal del timón de cola. Igualmente, fijamos su distancia a la parte inferior de la barra principal. Finalmente, para evitar el giro respecto al eje se fija el ángulo entre el plano xz del ‘control horn’ y el plano xz de la pieza principal del timón de cola. Esta pieza queda por tanto completamente fijada  Sleeve F: Se fijan de la misma manera que ‘Collar E’, la única diferencia es la distancia respecto a la zona inferior de la barra principal y el número de piezas (hay 2 ‘sleeve F’)  Rudder Clamp H: Se fijan de la misma forma que ‘Sleeve F’ (De hecho, se encuentran a la misma distancia de la parte inferior de la barra principal, puestos de manera concéntrica, puesto que como se explicó previamente, la función del ‘Sleeve F’ es reducir la fricción entre la barra principal y el ‘Rudder Clamp H’). Destacamos dos cosas. En primer lugar, el giro respecto al eje de la barra principal está permitido, no porque sea indiferente (como en el caso de ‘Sleeve F’ y ‘Collar E’), sino porque en el avión real ese giro es el que permite el movimiento del timón para controlar la aeronave. En segundo lugar, hay una restricción entre las dos piezas de ‘Cludder Clamp H’ que las obliga a hacer el mismo giro respecto de la barra principal. En el avión real, el piloto mediante los mandos tensaría los cables que van al ‘control horn’ moviendo todo el timón alrededor del eje de la barra principal (puesto que el ‘control horn’ está rígidamente unido a la barra principal) excepto los ‘Cludder Clamp H’, que están rígidamente unidos al fuselaje y cuya función es unir el timón a dicha estructura. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 80 Ilustración 67: Detalle del estabilizador horizontal. 'Control horn' También es interesante una visión de cerca de la estructura que mantiene unidos el timón de profundidad con la pieza principal del estabilizador horizontal, pero permitiendo un giro relativo entre ambos. Ilustración 68: Detalle del estabilizador horizontal. Unión pieza principal-timón de profundidad Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 81 Por último, observamos la zona de contacto entre la costilla, el ‘stabilizer sleeve’ y la barra lateral. Ilustración 69. Detalle del estabilizador horizontal. Stabilizer Sleeve Comparamos con fotografías de estabilizadores horizontales originales del avión y con una reproducción construida por el fokker-team-schorndorf Ilustración 70: Reproducción por Team-Fokker-Schorndorf donde se aprecia el estabilizador horizontal Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 82 Se observa la integración del fuselaje, estabilizador horizontal y timón de cola, así como el aspecto del estabilizador horizontal tras poner el recubrimiento de tela y pintura. Ilustración 71: Reproducción por Team-Fokker-Schorndorf de la pieza principal del estabilizador horizontal En esta imagen apreciamos mejor la estructura de la pieza principal del estabilizador horizontal, a simple vista indistinguible de la modelada o de la original. Era de esperar, teniendo en cuenta que hemos utilizado los mismos planos para el modelado como para la construcción c. Ensamblaje de las piezas del tren de aterrizaje Este es el ensamblaje más sencillo, puesto que solamente tenemos 3 piezas distintas que montar  Pieza principal del tren de aterrizaje: Se escoge como base sobre la que colocar las otras piezas, de modo que le hacemos un ‘fix’ para dejarla fija  Wheel: Para situar las ruedas se hace de la forma más evidente, se hace coincidir el eje de las ruedas con el eje de la pieza principal del tren de aterrizaje donde deben ir situadas. Para terminar de posicionarlas, se utiliza un ‘offset’. Queda como grado de libertad el giro alrededor del eje de las ruedas, lo cual es lo correcto. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 83  02000: son ligeramente más complejas de posicionar. En primer lugar, se hace coincidir el eje de revolución de la pieza con la línea central de la barra elíptica de la pieza principal del tren de aterrizaje. A continuación, se hace coincidir el eje del agujero que atraviesa la bola de la punta de la barra elíptica con el agujero que atraviesa la pieza 02000 Ilustración 72: Ensamblaje de la pieza 02000 con la pieza principal del tren de aterrizaje El tren de aterrizaje queda finalizado en la extensión que vamos a realizarlo. Destacamos como diferencia principal respecto al avión real la falta de ala entre las ruedas. Esta ala sirve para reducir la gran resistencia aerodinámica que provoca el tren de aterrizaje, a la vez Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 84 que proporciona una ligera sustentación. La falta de planos y de alcance del trabajo nos ha llevado a omitirla del modelado. Ilustración 73: Vista del tren de aterrizaje, reproducción de Fokker-Team-Schorndorf, donde se aprecia el ala También es distinto el modelado de los radios de las ruedas respecto a los radios de los planos. Esto ha sido por sencillez en el modelado, ya que los radios de las ruedas no son una pieza muy interesante del Fokker Dr.I, y hacerlos por separado para luego ensamblarlos complicaba mucho el modelado. Se ha hecho por tanto un modelado propio de dichos radios, que consideramos suficiente para nuestros propósitos. En cualquier caso, las ruedas originales de los Fokker Dr.I salidos de fábrica no tienen por qué ser iguales que las que vemos en las fotografías de los campos de batalla. Esto es porque en los aterrizajes a menudo se rompían, y las reposiciones no siempre estaban disponibles, de modo que en muchos casos se utilizaban otras ruedas para las reparaciones. Por último, comprobamos una imagen de nuestro modelo con unas imágenes de trenes de aterrizaje. A simple vista no hay ninguna diferencia apreciable, lo que verifica nuestro modelo. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 85 d. Ensamblaje de las alas Este ensamblaje es muy sencillo. Utilizamos como base la pieza de los largueros, por lo que esa pieza se fija. A continuación colocamos las costillas estándar y las no estándar de la misma forma. Usando la constraint ‘contact’ hacemos que las superficies de larguero rectangular toquen las superficies del hueco rectangular de las costillas. Mediante un ‘offset=0’ las centramos, de esa forma quedan fijadas. Vemos el resultado del ala media, las otras alas son muy similares. Ilustración 74: Ensamblaje del ala media. La superior e inferior son muy similares. e. Ensamblaje final del avión Llegamos al último paso del modelado del avión Fokker Dr I. Hacemos un ensamblaje de los ‘CatProduct’ que tenemos, estos son, el fuselaje, el timón de cola, el estabilizador horizontal, el tren de aterrizaje y las alas superiores, medias e inferiores. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 86 Son un número relativamente bajo de piezas y un posicionamiento muy intuitivo y conocido, por lo que no debería resultar complicado en exceso. Sin embargo, la falta de información sobre cómo se realiza el montaje con exactitud lleva a complicar el proceso, obligando a tomar ciertas suposiciones y a modelar de un modo que pueda ser no totalmente acorde con el avión real. Procedemos a explicar cómo se realiza el ensamblaje En primer lugar elegimos la pieza que servirá de base. Esta será, como es razonable, el fuselaje. Una vez situado el fuselaje, colocamos sobre él el resto de las piezas. Comenzamos por el timón de cola. Se coloca, como es de esperar, en la punta trasera del fuselaje. Recordamos que las ‘Rudder Clamp H’ deben estar fijas al fuselaje, y estas permitirían al resto del timón de cola rotar respecto a ellas. Para fijar las ‘Rudder Clamp H’ utilizamos la restricción ‘coincidence’ en el par de ejes marcados en la imagen, que son la parte superior de la cola del fuselaje y el ‘Rudder Clamp H’ superior Ilustración 75: 'Coincidence' entre fuselaje y timón. No se encuentra activado para mostrar los ejes Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 87 Otras dos restricciones son evidentes. El plano de simetría del fuselaje debe coincidir con el plano de simetría de los ‘Rudder Clamp H’ para evitar que las piezas se puedan mover a lo largo de los ejes coincidentes (mediante un ‘offset’=0). Con eso solo queda un grado de libertad, la rotación alrededor de este eje, que se fija forzando un paralelismo entre un plano horizontal del timón y un plano horizontal del fuselaje Sin embargo, la aplicación de estas restricciones nos causa el desajuste entre la parte inferior del fuselaje y el ‘Rudder Clamp’ inferior que vemos en la siguiente imagen Ilustración 76: Detalle de la discrepancia en el ensamblaje timón de cola-fuselaje Hacer coincidir los ejes superiores hace que no coincidan los ejes inferiores por 11.5mm de distancia. Esto se debe a una discrepancia entre los planos del fokker-team-schorndorff, con los que se ha modelado el fuselaje, y los planos de Paul Leaman, con los que se ha modelado el timón. La manera más sencilla de solucionar esta discrepancia sería variar la altura del ‘Collar E’ (elevarlo 2 mm) y la altura del ‘Rudder Clamp H’ (elevarlo 11.5mm) Con esto queda el timón de cola apropiadamente posicionado. Continuamos con el estabilizador horizontal. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 88 El posicionamiento de éste no está descrito en absoluto en ninguna de nuestras fuentes de información. Miramos por tanto imágenes y dibujos del avión para ver como se encuentra colocado y determinamos lo siguiente. El estabilizador horizontal se encuentra situado sobre el fuselaje, su barra principal frontal tocando con las barras verticales terceras contando desde la cola, donde se encuentra un escalón. En esta imagen vemos un dibujo con la posición a la que nos referimos en rojo. Ilustración 77: Esquema de la posición mencionada, plano de fokker-team-schorndorff Y en esta imagen vemos la imagen del modelo, desplazado el estabilizador para que se pueda ver correctamente la zona donde se sitúa. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 89 Ilustración 78: Vista de la posición del estabilizador horizontal en el modelo Las restricciones que definen el posicionamiento completo de la pieza principal del estabilizador horizontal y, por tanto, del conjunto del estabilizador horizontal, son 3 ‘offset’. Uno del plano horizontal del estabilizador horizontal respecto del plano formado por las barras sobre las que se apoya, un segundo del plano de simetría del ambas estructuras (que debe coincidir) y el tercero del plano que falta para completar el triedro del estabilizador horizontal respecto al plano que falta para completar el triedro de esta zona del fuselaje. Los vemos en las siguientes imágenes. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 96 9. Conclusión y posible continuación del trabajo Este apartado existe a modo de resumen del trabajo y para servir de punto de apoyo a cualquiera que pretenda continuar con el modelado del avión o extender el trabajo de cualquiera de las maneras que explicaremos a continuación. Finalizamos entonces con un modelo bastante completo y correcto del avión, aunque unas partes son más propensas a ser perfeccionadas que otras. El timón de cola y el estabilizador horizontal son las partes menos propensas a ser perfeccionadas, puesto que se encuentran adecuadas a los planos de una manera perfecta en la medida de lo posible. El ensamblaje del timón puede ser modificado, como ya se explica en el apartado ‘ensamblaje final del avión’, para que el ‘Rudder Clamp H’ encaje adecuadamente con el fuselaje y corregir de esa manera las diferencias entre el plano del timón de cola de Paul Leaman y el plano del fuselaje del Fokker-Team-Schorndorf Respecto al fuselaje, aunque el resultado es correcto, no quedamos del todo satisfechos con la manera en la que se ha modelado. Se habló en el apartado 7.b de las dificultades encontradas para el correcto modelado del fuselaje y de la solución adoptada. Para hacer un modelo más técnicamente correcto se podría recurrir al módulo de CATIA ‘structure design module’, pensado para estructuras de barras como la que es el fuselaje de este avión, aunque difícil de manejar. El tren de aterrizaje tiene como mejora evidente la introducción del ala que se encuentra entre las ruedas. Para ello harían falta unos planos más detallados de los disponemos en este trabajo, por lo cual también sería un trabajo investigador. Los radios de las ruedas ya se comentaron en el apartado correspondiente que no iban según los planos pero que ello tampoco tenía interés de ser corregido. También puede ser mejorado el ensamblaje con el fuselaje, para lo que sería necesaria una búsqueda de información al respecto. Respecto a las alas nos encontramos con una falta de información. Tan solo teníamos una disposición general cualitativa y planos de las costillas estándar y no estándar, junto con una serie de imágenes. A partir de ello, se ha modelado un esquema general de las alas, con la evidente ausencia de los alerones (situados en el ala superior) y una situación respecto del fuselaje aproximada. Todo esto se puede mejorar mediante una búsqueda de la información que Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 97 falta, la finalización del modelo completo de las alas y el correcto ensamblaje con el resto del avión Eso es lo que tenemos de modelado y lo que es mejorable dentro de lo que se ha hecho. Con ello cumplimos el principal objetivo que se había propuesto para el trabajo. Además del modelo, también tenemos como resultado del trabajo el presente documento, que cumple con los tres objetivos restantes. La breve historia del Fokker Dr I ha sido expuesta con detalle pero de manera ordenada y simple, desde su origen hasta su desaparición. El contexto ha sido analizado de manera adecuada, observando el estado de la aviación desde el comienzo del uso de aviones con propósitos militares hasta el momento de la retirada del Fokker Dr I del campo de batalla. Se ha analizado la historia del CAD, centrándonos en la herramienta CATIA, desde la concepción de la idea del diseño por ordenador hasta la actualidad. Finalmente, se ha cumplido el último objetivo de conocer el modelado de CATIA mediante las explicaciones minuciosas y ayudadas por multitud de imágenes de creación propia. Es un trabajo muy completo, que ha servido no solo para conocer mejor el uso de la herramienta de modelado digital CATIA, sino también para conocer la historia de la aviación de la primera guerra mundial y para conservar para siempre la estructura de uno de los aviones estrella de la época. Sin embargo, aunque es un trabajo bastante extenso, se nos ocurren las siguientes líneas de continuación para cualquiera que quisiera extenderlo.  Mejorar modelo: Hay varios puntos de mejora que ya se han mencionado en otras partes del documento, como son la modificación del ensamblaje del timón de cola para que encaje con el fuselaje, la mejora del modelado del fuselaje, crear el modelado del ala del tren de aterrizaje, modelado del apoyo de la cola, mejora del modelado de las alas y aplicación de materiales al modelo, además de cualquier otra mejora que pueda ser adecuada.  Completar modelo: Hay grandes partes del avión que se encuentran por completo sin modelar, como el motor, el equipamiento, instrumental o el armamento  Comparar con un avión original o una réplica: Todo este modelado se ha hecho conforme a planos proporcionados por otros grupos investigadores. Tomar el modelo e Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 98 ir ‘in situ’ a compararlo con algún avión original Fokker Dr.I u otro avión comparable, quizás incluso réplicas de ellos, puede servir para el modelo.  Imprimir en 3D: Las nuevas tecnologías permiten esta posibilidad. Hay que adaptar el modelado para el uso en impresora 3D (la mayor parte de la estructura del Fokker Dr I es hueca y esto puede traer problemas a la hora de imprimirla en 3D), informarse del funcionamiento de las impresoras y crear una aeronave a escala. Esto podría acompañarse de un informe sobre las impresoras 3D, su historia, funcionamiento y características generales, etc.  Modificar el modelo completo para hacer el Fokker V4 previo a modificaciones y comparar con el Fokker Dr I.: Una vez que tenemos el modelo completo de Fokker Dr I puede resultar muy sencillo modificarlo para transformarlo en otro avión similar, por ejemplo, el Fokker V4 previo a modificaciones. Es una tarea investigadora difícil, puesto que hay poca información respecto a esta aeronave y las fotos que se encuentran son del Fokker V4 posterior a modificaciones (envergadura de las alas modificada y montantes añadidos), pero pensamos que se puede hacer un buen trabajo a partir de las descripciones que conocemos. Una vez teniendo el modelo, una comparación con el Fokker Dr I sería adecuada.  Modificar el modelo completo para hacer el Sopwith Triplane y comparar con el Fokker Dr I: Similar al punto anterior, con las diferencias de que obtener imágenes, esquemas y planos del Sopwith Triplane es infinitamente más sencillo. Hay que tener en cuenta que, aunque el Fokker Dr I se hizo imitando a esta aeronave, las diferencias son bastante notables, por lo que habrá partes de la estructura que haya que rehacer por completo. Una vez teniendo el modelo, una comparación con el Fokker Dr I sería adecuada.  Modificar el modelo completo para hacer el Fokker Eindecker y comparar con el Fokker Dr I: Similar al punto anterior. El Fokker Eindecker era un monoplano, por lo que parece que las diferencias van a ser enormes, pero no es así. Siendo el mismo fabricante mantiene una estructura bastante similar por lo que se podrían reutilizar partes del modelo. Planos, dibujos y esquemas son también relativamente accesibles, en particular el Fokker-Team-Schorndorf también ha trabajado esta aeronave. Siendo como es la aeronave precedente al Fokker Dr I, una vez tengamos el modelo la comparación sería adecuada. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 99  Modificar el modelo completo para hacer el Fokker D.VIII y comparar con el Fokker Dr I: Igual que el punto anterior, este modelo es además relativamente parecido al Eindecker  Hacer una simulación: En la simulación se deberían ver los movimientos de los mecanismos que mueven las superficies de control aerodinámico y el movimiento de respuesta del avión según los datos históricos, además del movimiento de la hélice propulsora. Podría acompañarse de una explicación general del programa de simulación utilizado. Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 100 10. Bibliografía Libros y revistas Enciclopedia ilustrada de la aviación Tomo 2, Editorial Delta, 1984 The Sopwith Triplane, Profile Publications nº 73 Fokker Dr I Triplane, A World War I Legend. Paul Leaman. Classic Publications, 2003 Scale models warplane special. Recopilado por Ray Rimell, dibujo por Ian Stair. 1982. Artículos Marc Pollefeys, Luc Van Gool, Maarten Vergauwen, Kurt Cornelis, Frank Verbiest y Jan Tops. Mayo/Junio 2003.3D recording for archaeological Fieldwork. http://www.cs.unc.edu/~marc/pubs/PollefeysCGA03.pdf David E. Weisberg. 2006. The first company CAD systems. http://www.cadhistory.net/06%20First%20Commercial%20CAD%20System.pdf Ivan Edward Sutherland. Septiembre 2003. Sketchpad: A man-machine graphical communication system. http://www.cl.cam.ac.uk/techreports/UCAM-CL-TR-574.html Francis Bernard. Mayo 2003. A short history of CATIA & Dassault Systemes Alan Gropman. Junio 2007. Aviation at the start of the first world war. http://web.archive.org/web/20090305060859/http://www.teamultimedia.com/HRMH/HR MH_6_2007.pdf Páginas web Petra, the great temple excavation. Brown university. https://www.brown.edu/Departments/Joukowsky_Institute/Petra/excavations/technol ogy.html The digital Michelangelo project, Standford University. http://graphics.stanford.edu/data/mich/ Modelado en CATIA V5 del avión Fokker Dr I 101 Bleirot IX. Vilanova Acedo. http://www.ejercitodelaire.mde.es/ea/pag?idDoc=519B092AB1D9AAE4C12570D7004 656DE&idRef=0684D7E832F74AC7C1257450003278C9 Gerts Blériot XI Project: http://www.bleriotxi.com/ Stephen Sherman. Agosto 2001. Legendary aviators and aircraft of World War One http://acepilots.com/wwi/main.html The Fokker heritage Trust http://www.fokkerdr1.com/Dr1_Specifications.htm Staff Writer. Fokker D VIII (Fokker E.V) Monoplane fighter (1918) http://www.militaryfactory.com/aircraft/detail.asp?aircraft_id=204 Fokker-Team-Schorndorf http://www.fokker-team.de/