grupo 7 - aero.us.es · permite ver el efecto que tiene sobre el alcance máximo el ir sustituyendo...

GRUPO 7 Cabas Cebada, Esteban Clemente Rodrigálvarez, Eugenia González Chamorro, Cristian González Manzanares, Ruben Guerrero Aguilera, Carlos Jesús Jurado Pérez, Francisco Javier Rebollo de la Bandera, Jesús Rodríguez Borraz, Carlos Saucedo Ortega, Pablo

DISEÑO

PRIMERA REVISIÓN

SEGUNDA REVISIÓN

DISEÑO FINAL

DETALLES

DISEÑO FINAL

DISEÑO FINAL

Flaps

DISEÑO FINAL

TREN DE ATERRIZAJE

MOTORES

ESTRUCTURA

DEPÓSITOS DE COMBUSTIBLE EN LAS ALAS CAPACIDAD 13500 KG

DEPÓSTOS DE COMBUSTIBLE, LÁSER Y AVIÓNICA

LÁSER

PLANOS

ALZADO

PLANTA

PERFIL

AERODINÁMICA

AERODINÁMICA Cambio del perfil Ala: LRN 1015

LRN 1015 NACA 2412

AERODINÁMICA Características del ala – Forma en planta

• Estrechamiento: 0,3 • Alargamiento: 11,56 • Envergadura: 41 m • Superficie: 145,47 m2

Corrección a 3D • CL = 4,38 rad-1

• Clo = 0,42 • _stall = 12,89º • CLmax = 1,22

Winglet • CL = 3,968 rad-1

Ct = 1,63 m

Cr = 5,46 m

-10 -5 0 5 10 15 200

0.5

1

1.5CORRECCIÓN A 3D

ALPHA

CL

PERFIL

ALA

AERODINÁMICA Corrección a 3D – Superficies Hipersustentadoras

Despegue (20º) • Δ_(CL = 0) = -9,6º • _stall = 11,89º • CLmax = 2,07

Aterrizaje (40º) • Δ_(CL = 0) = -16º • _stall = 9,99º • CLmax = 2,34

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5COMPARACIóN CL

Al h

CL

Limpia

Aterrizaje

Despegue

AERODINÁMICA Cálculo de la polar

• Parabólica de coeficientes constantes CD=CD0+kCL2

• Coef. Oswald: 0,86 • k: 0,032

CD0 Despegue 0,0426 Subida 0,0127 Crucero 0,0132 Autonomía 0,0133 Descenso 0,0123 Aterrizaje 0,0576

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2COMPARACIÓN EFICIENCIA POLAR COEF. CTES.

CD

CL

Despegue

Subida

Crucero1

Autonomía

Crucero2

Descenso

Aterrizaje

AERODINÁMICA

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

Resistencia parásita Ala

HTP

Fuselaje

Pod sensor laser

Motores

Pod infrarrojos

VTP

Carenado trenaterrSoportes Motores

Soportes pods laser

Soporte podinfrarrojoCD_tren

CD_flaps

CD_upsweep

CD_L&P

Aterrizaje

Autonomía Crucero Despegue

AERODINÁMICA Desglose resistencia parasita en aterrizaje:

11,73%

1,41%

5,22% 0,54%

1,59% 0,02% 0,76% 0,62% 0,61%

34,70%

33,71%

9,09%

Ala

HTP

Fuselaje

Pods(laser+infrarr)Motores

CD_upsweep

VTP

Carenado trenaterrSoportes(Motor+pods)CD_tren

CD_flaps

CD_L&P

AERODINÁMICA Eficiencia aerodinámica de coeficientes

constantes:

Emax Despegue 13,53 Subida 24,79 Crucero 24,30 Autonomía 24,22 Descenso 25,09 Aterrizaje 11,64

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

5

10

15

20

25

30COMPARACIÓN EFICIENCIA AERODINAMICA POLAR COEF. CTES.

CL

E

Despegue

Subida

Crucero1

Autonomía

Crucero2

Descenso

Aterrizaje

AERODINÁMICA Polar Compensada:

Clmin-drag 0,64 K´ 0,032 K´´ 0,039

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.30

0.5

1

1.5

2

COMPARACIÓN POLAR COMPENSADA

CD

CL

Despegue

Subida

Crucero1

Autonomía

Crucero2

Descenso

Aterrizaje

AERODINÁMICA Eficiencia Aerodinámica de polar compensada:

Emax Despegue 12,87 Subida 25,36 Crucero 24,89 Autonomía 24,77 Descenso 25,74 Aterrizaje 10,75

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

5

10

15

20

25

30COMPARACIÓN EFICIENCIA POLAR COMPENSADA

CL

E

Despegue

Subida

Crucero1

Autonomía

Crucero2

Descenso

Aterrizaje

ESTRUCTURAS

ESTRUCTURAS

Primeras estimaciones de W0 y fracción de combustible (ecuaciones de Breguet).

Determinación de peso de estructuras simplificadas:

Aeronaves de referencia: U2-A, U2-S, Condor. Uso de multiplicadores lineales.

ESTRUCTURAS Métodos de literatura: se ajustan los pesos de

estructuras simplificadas y se incluyen los de los distintos sistemas. Roskam

GD PESOS FIJOS CONSIDERADOS USAF

Raymer

Peso (Kg) Motores 4754,54

Combustible 26727,49 Carga de pago 6007

ESTRUCTURAS Incrementos de peso asociado a refuerzos

En zonas donde confluyen dos o más elementos estructurales.

Incremento de un 2.5% del peso estructural.

Elemento Sup. Reforz. (%)

Peso sin refzo(kg)

Peso reforzado(kg)

Ala 10,7 6271,2 6471,8 Fuselaje 7,8 3481,4 3563,1

Cola 4,8 425,9 429,1

ESTRUCTURAS

Reducción peso estructural por selección de materiales.

Elección de materiales basada en el A35o XWB. NMMC (Non-Metal Matrix Composites) FML (Fiber Metal Laminates)

Reducción 6.2 %

ESTRUCTURAS Pesos estructurales

Elemento Peso (kg) Ala 5986,4

Fuselaje 3429,5 Cola 364,7

Nacelle 537,8 Tren aterrizaje 1007,1

TOTAL 11325,7

53% 30%

3% 5%

9% AlaFuselajeColaNacelleTren de Aterrizaje

ESTRUCTURAS Pesos totales

TOGW 53216 kg

Elemento Pesos (kg) Misceláneo 2367,8 Estructural 11325,7 Combustible 26727,5 Carga de Pago 6007 Planta Motora 6518,1 TOGW 53216 Wvacío 26488,5

5%

21%

50%

12% 12%

MisceláneoEstructuralCombustibleCarga de pagoPlanta Motora

ESTRUCTURAS Centros de gravedad.

El c.d.g. del avión está en todo momento próximo al centro aerodinámico.

Se va adelantando conforme se consume combustible. Cdg del ala 9,5370 m.

Cdg durante misión (m) Cdg global 9,5109

Cdg inicio alcance 1 9,5100 Cdg inicio autonomía 9,5085 Cdg mitad autonomía 9,5016 Cdg final autonomía 9,4902 Cdg final alcance 2 9,4858

ESTRUCTURAS Diseño estructura.

Fuselaje: semimonocasco. Ala

3 largueros (15,35 y 60% de C). Costillas cada 74 cm.

Tren de aterrizaje: triciclo. Referencia: el del ATR-72.

Tanques de combustible. En las alas. En el fuselaje.

ACTUACIONES Y PROPULSION

INDICE ACTUACIONES Y PROPULSIÓN

1. EVOLUCIÓN 2. Selección planta propulsora 3. Cálculo de combustible 4. Actuaciones según segmentos 5. Empuje/potencia necesaria y disponible 6. Curvas de actuaciones 7. Diagrama envolvente de vuelo 8. Diagrama carga de pago - alcance

EVOLUCIÓN Diseño inicial: • 1 motor

EVOLUCIÓN Planta propulsora: • 1 Motor: V2528-D5 • Avión:MD-90-30/30-ER

EVOLUCIÓN Planta propulsora: • 2 Motores: CF34-

8C1 • Avión: CRJ701-ER


1. Evolución 2. SELECCIÓN PLANTA

PROPULSORA 3. Cálculo de combustible 4. Actuaciones según segmentos 5. Empuje/potencia necesaria y disponible 6. Curvas de actuaciones 7. Diagrama envolvente de vuelo 8. Diagrama carga de pago - alcance

ACTUACIONES

SELECCIÓN DEL MOTOR Motor: V2522-A5 Fabricante: International Aero Engines

SELECCIÓN DEL MOTOR

Avión: A319-131

SELECCIÓN DEL MOTOR

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL MOTOR V2522-A5 Empuje (N - lbf): 97861 / 22000 Peso (kg – lb): 2377,3 / 5230 Relación T/Wto: 0.34

Diámetro: 1.71 m Diámetro del fan: 1.61 m Longitud del motor: 3.2 m

Consumo específico seco o SFC dry (lb/lbf hr):

0.34

ACTUACIONES

CALCULO DEL COMBUSTIBLE

Combustible TOTAL consumido

26880,5

Combustible consumido en cada segmento de vuelo (kg) Despegue 113

Subida 1698 Crucero alcance 1 3620,5

Crucero autonomía 17709 Crucero alcance 2 3124,5

Descenso 130 Reserva 422

Aterrizaje 64

Combustible consumido OPTIMIZADO

26327,5


1. Evolución 2. Selección planta propulsora 3. Cálculo de combustible 4. ACTUACIONES SEGÚN

SEGMENTOS 5. Empuje/potencia necesaria y disponible 6. Curvas de actuaciones 7. Estudio carga alar 8. Diagrama envolvente de vuelo 9. Diagrama carga de pago - alcance

ACTUACIONES SEGÚN SEGMENTOS DESPEGUE

T/Wto 0,34 Velocidad de despegue 61,5 m/s

Distancia total 1289 m Tiempo 42,3 s

Altura final de la fase de transición 70 m Angulo de subida 15,6º

Combustible consumido 113 kg

ACTUACIONES SEGÚN SEGMENTOS

SUBIDA Gradiente de subida 0,04 Velocidad de subida 147,1 m/s

Distancia horizontal recorrida 304,8 km Combustible consumido 1698,04 kg


CRUCERO ALCANCE 1 Velocidad óptima 233,05 m/s

Tiempo 4,05 h Combustible disponible 3620,5 kg

Distancia máxima 4763,6 km Distancia justa 3400 km

Combustible consumido 2571,5 kg Combustible sobrante 1048,04 kg

ACTUACIONES SEGÚN SEGMENTOS CRUCERO AUTONOMIA

Velocidad óptima 155,4 m/s Combustible disponible 17708,8 kg

Combustible sobrante alcance 1 1049,04 kg Combustible total consumido 18757,8 kg

Tiempo de autonomía 36 h Distancia recorrida 18002,1 km

VIRAJE Radio de giro mínimo 3,67 km

Factor de carga máximo 1,44 Angulo de balance 46,3º


CRUCERO ALCANCE 2 Velocidad óptima 177,1 m/s

Tiempo 5,51 h Combustible disponible 3124,5 kg

Distancia máxima 4120,8 km Distancia justa 3400 km

Combustible consumido 2571,5 kg Combustible sobrante 553 kg

ACTUACIONES SEGÚN SEGMENTOS DESCENSO

Angulo de planeo que maximiza el alcance

2,2º

Angulo de planeo que maximiza la autonomía

2,85º

Velocidad de descenso mínima 0,90 m/s Combustible consumido 130,05 kg

RESERVA Tiempo de reserva 20 minutos

Velocidad óptima de reserva 63,03 m/s Combustible consumido 421,8 kg


ATERRIZAJE Angulo de planeo -2,5º

Velocidad aproximación 42,4 m/s Velocidad de transición 40,1 m/s

Velocidad inicio rodadura 37,5 m/s Distancia total 552,6 m

Combustible consumido 63,8 kg

CUMPLIMIENTO RFP Actuaciones Tiempo Distancia

Despegue -- 1289 m Subida -- --

Crucero 1 (4.894,1 kg) -- 4654 km C.Autonomía(16.775,4

kg) 36 h --

Crucero 2 (4.894,1 kg) -- 4654 km Descenso -- -- Aterrizaje 553,6 m


1. Evolución 2. Selección planta propulsora 3. Cálculo de combustible 4. Actuaciones según segmentos 5. EMPUJE/POTENCIA NECESARIA

Y DISPONIBLE 6. Curvas de actuaciones 7. Estudio carga alar 8. Diagrama envolvente de vuelo 9. Diagrama carga de pago - alcance

EMPUJE VS RESISTENCIA

POTENCIA NECESARIA VS DISPONIBLE


1. Evolución 2. Selección planta propulsora 3. Cálculo de combustible 4. Actuaciones según segmentos 5. Empuje/potencia necesaria y disponible 6. CURVAS DE ACTUACIONES 7. Estudio carga alar 8. Diagrama envolvente de vuelo 9. Diagrama carga de pago - alcance

EMPUJE VS ALTITUD

EMPUJE VS VELOCIDAD

POTENCIA VS ALTITUD

POTENCIA VS VELOCIDAD

CE VS ALTITUD

CE VS VELOCIDAD


1. Evolución 2. Selección planta propulsora 3. Cálculo de combustible 4. Actuaciones según segmentos 5. Empuje/potencia necesaria y disponible 6. Curvas de actuaciones 7. ESTUDIO CARGA ALAR 8. Diagrama envolvente de vuelo 9. Diagrama carga de pago - alcance

ESTUDIO CARGA ALAR Y T/W

Despegue Subida Crucero 1 C. Espera Crucero 2 Descenso Aterrizaje

T/W 0,34 0.17 0,05 0,043 0,05 0,021 0,31 W/S (kg/m2)

340.6 340.4 323.3 248,8 174,3 157 156,5


1. Evolución 2. Selección planta propulsora 3. Cálculo de combustible 4. Actuaciones según segmentos 5. Empuje/potencia necesaria y disponible 6. Curvas de actuaciones 7. Estudio carga alar 8. DIAGRAMA ENVOLVENTE DE

VUELO 9. Diagrama carga de pago - alcance

ENVOLVENTE DE VUELO Se han usado para obtenerla las Especificaciones de

Certificación para Aviones grandes: FAR 25 - CS-25 Valores obtenidos: V stall = 108 m/s V stall neg = 184 m/s VB = 165 m/s VC (cruising speed) = 210 m/s VD (diving speed) = 262 m/s

Las gust lines(curvas de viento) obtenidas no afectan a nuestro factor de carga límite.

ENVOLVENTE DE VUELO


1. Evolución 2. Selección planta propulsora 3. Cálculo de combustible 4. Actuaciones según segmentos 5. Empuje/potencia necesaria y disponible 6. Curvas de actuaciones 7. Estudio carga alar 8. Diagrama envolvente de vuelo 9. DIAGRAMA CARGA DE PAGO -

ALCANCE

DIAGRAMA CARGA DE PAGO- ALCANCE Permite ver el efecto que tiene sobre el alcance

máximo el ir sustituyendo carga de pago de la que se lleva a bordo por combustible.

El concepto de carga de pago no es aplicable con el láser que transportamos porque no tiene sentido realizar la misión sin el láser.

A pesar de ello, y de las inestabilidades que esto supondría se han calculado los alcances máximos con y sin el peso del láser.

DIAGRAMA CARGA DE PAGO- ALCANCE Alcance máximo con láser: 31780 km Alcance máximo sin láser: 38766 km

ESTABILIDAD Y CONTROL

Estabilidad Evolución de la cola

Estabilidad Estabilizador horizontal

− Superficie: 20,36 m² − Alargamiento: 4,83 − Flecha: 20º − Estrechamiento: 0,6 − Envergadura: 9,92 m − Cuerda encastre: 2,56 m − Cuerda punta: 1,53 m

Estabilidad Estabilizador vertical

− Superficie: 11,63 m² − Alargamiento: 1,2 − Flecha: 20º − Estrechamiento: 0,7 − Envergadura: 3,73 m − Cuerda encastre: 3,66 m − Cuerda punta: 2,56 m

Estabilidad Trimado longitudinal

ESTABILIDAD

Trimado longitudinal

ESTABILIDAD

Trimado lateral-direccional − Frente a fallo motor − Frente a un resbalamiento − En viraje uniforme

ESTABILIDAD

Dinámica longitudinal − Autovalores

-6,4066 -0,0025+0,0848i -0,0025-0,0848i -0,2488

ESTABILIDAD

Dinámica longitudinal − Corto periodo

Frecuencia natural − 1,0330 rad/s

Amortiguamiento − 0,8052

ESTABILIDAD

Dinámica longitudinal − Fugoide

Frecuencia natural − 0,0893 rad/s


ESTABILIDAD

Dinámica lateral-direccional − Autovalores

0 -1,3375 0,2638+1,266i 0,2638-1,266i 0,0040

ESTABILIDAD

Dinámica lateral-direccional − Espiral

No es estable − Balanceo holandés

Frecuencia − 0,6022 rad/s


ESTABILIDAD

Recomendaciones − Estudio más detallado de las derivadas de estabilidad − Implementación de técnicas de soplado

grupo 7 - aero.us.es · permite ver el efecto que tiene sobre el alcance máximo el ir sustituyendo...

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