DISEÑO DE UN HR-UAV PARA AYUDA HUMANITARIA

Transcripción

1 DISEÑO DE UN HR-UAV PARA AYUDA HUMANITARIA FLY AID Juan Carlos Cantero Moriano Cristina Fernández Ruiz David Lucena Pacheco Gabriela Marín Jiménez María del Carmen Martínez Moreno Grupo 4 Cálculo de Aviones 5º Ingeniería Aeronáutica

2 ÍNDICE Diseño Aerodinámica Estabilidad y control Estructuras Actuaciones y propulsión Conclusiones

3 DISEÑO

4 Diseño preliminar - Concepto Ala alta Planta propulsora: motor turbohélice Cola tipo V Sistema paletizado de carga y descarga de la carga de pago Tren de aterrizaje fijo

5 Diseño preliminar - dimensiones

6 Diseño final

7 Diseño final

8 Diseño final - dimensiones b = m c = 1.5 m c = m L = 8 m b = 1.7 m

9 Carga y descarga

10 Carga y descarga

11 Configuración de transporte

12 Configuración de transporte Envolvente C-130J

13 Configuración de transporte Envolvente C-130J 3 m 2.7 m 16.7 m

14 Sistemas

15 Tele-Operación S BAND Telemetry Communication

16 Estación de tierra

17 Diseño Aerodinámica Estabilidad y control Estructuras Actuaciones y propulsión Conclusiones

18 AERODINÁMICA

19 AERODINÁMICA NACA 2412 c= 1.235m b= 10.53m Fowler flap Ala recta NACA 0012 c= 1.5m b= 1.64m CL 3 Sin winglets 9,68; 2,21 2 2, , y = 0,1033x + 0, ,5; Ángulo de ataque 15alpha

20 AERODINÁMICA S c R c T b AR λ Geometría Alar ( m 2 ) (m) (m) (m) (medio) Ala N/A Cola en V N/A Geometría Fuselaje L f D max D min V f (m) (m) (m) (m 3 )

21 AERODINÁMICA 3 CL 9,68; 2, ,045 1,355 1 y = 0,1033x + 0, ,5; Ángulo de ataque alpha Aerodinámica C Lo C LMAX α Stall C LMAX α Stall C Lα (clean) ( ) (dirty) ( ) (1/rad) Ala Cola en V

22 AERODINÁMICA Polar C Do C Do,f C Do.S C Do,LG C Do,Misc Configuración limpia N/A(motor en cabina) Configuración sucia ; N/A(motor en cabina) Eficiencia e E TOF E C E CR E D E LN α OPTIMO, R ( ) α OPTIMO, E ( )

23 Diseño Aerodinámica Estabilidad y control Estructuras Actuaciones y propulsión Conclusiones

24 ESTABILIDAD Y CONTROL

25 Cola en V Cuerda 1.5 m Ángulo con la horizontal Superficie de cada rama o m2 Ruddervator 30% de la superficie

26 Alerones c alerón /c ala 0.25 Posición (ala derecha) 50% semiala Tiempo en alcanzar 60 o Superficie total 1.17 s m2

27 Equilibrado longitudinal SM PL+Fuel 3.82% α en crucero Inicial: Final: 1.67 o 1.33 o δ en crucero Inicial: Final 2.45 o 2.82 o Incidencia del estabilizador 1.5 o

28 Equilibrado lateral-direccional Viento cruzado Ángulo de deslizamiento, β Ángulo de balance, ϕ Deflexión del alerón, δ a Deflexión del timón, δ r 15 o 4.66 o o o β ϕ

29 Equilibrado lateral-direccional Viraje estacionario Factor de carga, n Ángulo de deslizamiento, β Deflexión del alerón, δ a Deflexión del timón, δ r o o o β ϕ

30 Diseño Aerodinámica Estabilidad y control Estructuras Actuaciones y propulsión Conclusiones

31 ESTRUCTURAS

32 Pesos estructurales + Payload Fuselaje Ala V-Tail Motor Góndola Tren Carga de pago 201,1kg 245,25kg 142,8kg 78,5kg 36,68kg 46kg 998kg Peso estructuras: 671,80kg

33 Fuselaje Pesos estructurales Peso: 201,1kg 12 cuadernas y 6 largueros Refuerzos en las uniones (2 uniones) 40% material compuesto

34 Ala Pesos estructurales Peso: 245,25kg 12 costillas y 6 largueros 40% material compuesto

35 V-Tail Pesos estructurales Peso: 142,8kg 2 costillas y 4 largueros por cada rama 40% Material compuesto

36 Motor y góndola Pesos estructurales Peso motor: 78,5kg Peso góndola: 36,68kg Allison 250 B15 Tren de aterrizaje Peso del tren: 46,06kg Tren principal: 30,684kg Tren de morro: 15,342kg

37 Carga de pago. Combustible Payload: hasta 998kg Combustible misión: 261,2kg Combustible total: 290kg

38 Sistemas Stma Control de vuelo Instrumentación y aviónica Sistema de combustible Sistema eléctrico Stma hidráulico y neumático 68kg 19,5kg 87,5kg 55kg 11kg Equipos fijos: 241kg

39 Sistemas PILOTO AUTOMATICO, GPS, IMU BATERIAS PITOTS Y SONDAS TEMPERATURA SENSORES

40 Sistemas Sensores del control automático Sensores electro-óptico infrarrojos Altímetro, IMU, GPS, Sensor de presión 4kg 6 unidades 60g Equipo de telemetría 150g Baterías 10 unidades 7,6kg Servoactuadores Flaps, alerones, V-Tail, Ruedas del tren y discos de freno 8,5kg Piloto automático 340g GPS: Garmin AERA 795 Equipos de la misión: 20,5kg

41 Refuerzos en el fuselaje Refuerzos estructurales Unión L/3: 3,35kg Unión 2L/3 + Rampa de carga: 6kg Encastre del motor: 1kg Unión tren principal: 0,06kg Unión tren de morro: 0, 03kg Encastre V-Tail: 5,3kg Refuerzos en el ala Encastre alas en el fuselaje: 2kg

42 Envolvente del CDG carga+comb Peso (kg) sin carga y comb con carga y sin comb sin carga ni comb 800 3,75 3,8 3,85 3,9 3,95 4 4,05 Distancia desde el morro del avión (m) Configuración Posición Xcg (m) Con carga y combustible 3,7791 Con carga y sin combustible 3,904 Sin carga ni combustible 4,0276 Sin carga y con combustible 3,7791 En carga con combustible 4,4572 En carga sin combustible 4,6802

43 Envolvente del CDG carga+comb en carga con comb Peso (kg) sin carga y comb con carga y sin comb sin carga ni comb en carga sin comb ,75 3,85 3,95 4,05 4,15 4,25 4,35 4,45 4,55 4,65 4,75 Distancia desde el morro del avión (m)

44 Envolvente del CDG Configuración Posición Xcg (m) Con carga y combustible 3,7791 Con carga y sin combustible 3,904 Sin carga ni combustible 4,0276 Sin carga y con combustible 3,7791 En carga con combustible 4,4572 En carga sin combustible 4,6802

45 Diseño Aerodinámica Estabilidad y control Estructuras Actuaciones y propulsión Conclusiones

46 ACTUACIONES

47 Actuaciones: Selección de la planta propulsora 0.9 Actuaciones Relación Empuje-Peso MOTOR Allison 250 B15 Potencia 317 HP TSFC lb/shp Carga alar Despegue Subida Crucero Espera

48 Actuaciones: Despegue 0.9 Actuaciones W/S 1300 Pa Relación Empuje-Peso Carga alar Potencia requerida HP Potencia disponible 317 HP Velocidad de despegue 45 m/s Fuel consumido 4 kg

49 Actuaciones: Subida Carga Alar 1300 Pa Relación Empuje-Peso Actuaciones Potencia 289 HP Potencia disponible 296 HP Distancia recorrida km Velocidad vertical 10 m/s Carga alar Velocidad de avance 58.8 m/s Ángulo de subida 9.65º Fuel consumido 14 kg

50 Actuaciones: Crucero Relación Empuje-Peso Actuaciones Carga alar Carga Alar 1400 Pa Potencia requerida HP Potencia disponible HP Distancia total 529.1km Tiempo empleado 2.04h Velocidad de despegue rodadura 72 m/s Combustible consumido 113 kg

51 Actuaciones: Bajada Carga Alar 1400 Pa Ángulo de bajada º Potencia requerida HP Velocidad descenso 50 m/s Potencia disponible HP Velocidad vertical -9.76m/s Distancia total km Combustible consumido 10 kg

52 Actuaciones: Aterrizaje Carga Alar 1400 Pa Potencia requerida HP Potencia disponible 317 HP Ángulo de descenso 11.48º (m) Velocidad de aterrizaje m/s Combustible consumido 3 kg

53 Actuaciones: Vuelo en espera Actuaciones Circuito de 20 minutos de espera a 600 m Relación Empuje-Peso Carga alar Carga Alar 1400 Pa Potencia requerida 166 HP Potencia disponible HP Combustible consumido 16 kg

54 Actuaciones: Envolvente de vuelo

55 Actuaciones: Diagrama carga de pago - alcance 1700 Diagrama carga de pago-alcance Combustible misión Kilogramos kg Kilómetros

56 Diseño Aerodinámica Estabilidad y control Estructuras Actuaciones y propulsión Conclusiones

57 CONCLUSIONES FLY AID cumple con los objetivos de la misión. Se tiene aún margen de mejora y optimización de las distintas etapas: Motivación para desarrollar el Proyecto en su totalidad

58 GRACIAS POR SU ATENCIÓN

59 Equilibrado longitudinal con carga de pago SM PL+Fuel 3.82% Punto neutro 3.91 m α en crucero δ en crucero Inicial: Final: Inicial: Final 1.67 o 1.33 o 2.45 o 2.82 o Centro de gravedad 3.77 m Incidencia del estabilizador 1.5 o Posición CDG del ala 3.65 m

60 Equilibrado longitudinal con carga de pago

61 Equilibrado longitudinal con carga de pago CDG AFT position 3.91 m CDG FWD position 3.67 m

62 Equilibrado longitudinal sin carga de pago SM sinpl+fuel 4.15% Punto neutro 3.91 m α en crucero δ en crucero Inicial: Final: Inicial: Final o o 4.88 o 5.60 o Centro de gravedad 3.75 m Incidencia del estabilizador 1.5 o Posición CDG del ala 3.65 m

63 Equilibrado longitudinal sin carga de pago

64 Equilibrado lateral-direccional C nβ C Lδa C nδa C Lδr C nδr C Yβ C Lβ C Yδr

65 Equilibrado lateral-direccional Viraje estacionario Factor de carga, n Ángulo de deslizamiento, β Deflexión del alerón, δ a Deflexión del timón, δ r o o o β ϕ