F3/Área de Arquitectura de Avión n y Estructuras

Transcripción

1 F3/Área de Arquitectura de Avión n y Estructuras F3.5/Normas de Cálculo C Estructural (1). Presentación Dra. Cristina Cuerno Rejado Dpto. Vehículos Aeroespaciales, E.T.S.I.A,, UPM cristina.cuerno@upm.es Madrid, 1- de octubre de

2 Caras sobre el Avión Los aviones están sujetos a una ran variedad de caras que, hasta que no se determinan con exactitud, no permiten finalizar el diseño estructural. Estas caras incluyen: Caras de vuelo Maniobras Ráfaas Bataneo Deflexión de sups. control Caras inerciales Aceleraciones Vibraciones, flameo Aterrizaje/Impacto Despeue/Aterrizaje Impacto/Pájaros Además las autoridades de aeronaveabilidad establecen que la estructura del avión debe ser capaz de soportar caras (ensayos) veces la cara límite de diseño sin presentar deformaciones permanentes perjudiciales y que no debe presentar el fallo hasta llear a la cara última de diseño (normalmente 1.5 veces la cara límite). 1

3 Factores de Seuridad Envolvente de Vuelo Los límites básicos de las actuaciones de vuelo de un avión particular son seleccionados bien por el fabricante (p.e. velocidad de crucero) o impuestos por la autoridades de aeronaveabilidad y se pueden representar en la envolvente de vuelo (también conocida como diarama V-n) del avión. Por debajo de V A y V C,, las curvas OA y OF están determinadas por C L,máx del avión. Los factores de cara n 1, n y n 3 son fijados, normalmente, por las autoridades. El factor de cara máximo es un parámetro habitualmente usado en métodos de estimación de pesos

4 Envolvente de Maniobra Factor de cara n : F L L a y 1 + ma y n a y n La entrada en pérdida define límites: n L max 1 ρv C S L max 1 ρslve C S L max V e (EAS) elimina efectos de altitud Las normas de aeronaveabilidad definen factores de cara de maniobra límites y últimos y otras características necesarias en el diarama V-n. Envolvente de Maniobra 3

5 Envolvente de Ráfaas La ráfaa puede considerarse como si el avión entrase en una corriente instantánea vertical de aire: V e 1 L + ΔL ρv n 1 + U U Δα n 1 + SC Lα Δα ρv SCL 1 ρv SC ρ V U C 1 V Vα S Para adecuar la ráfaa instantánea teórica a la realidad, las normas incluyen un factor de atenuación de ráfaas, K, donde: SL e Lα α Δα α Lα U K V c e μ ρ c C MAC knots μ μ ( ) S Lα n 1 + K V U e C Lα ( ) 498 S

6 Envolvente de Vuelo Las normas de aeronaveabilidad especifican velocidades de ráfaas positivas y neativas para diferentes altitudes y para diferentes condiciones de vuelo. P.e. 56 fps a V c a altitudes hasta ft. Esto añade líneas separadas al diarama V-n y redefine las fronteras de la envolvente de vuelo. Al certificar el avión, la interidad estructural del avión se debe mantener a lo laro del diarama V-n completo. Como es imposible investiar todos los puntos, se escoen puntos señalados del diarama V- n casos críticos de cara n n1 V e V C V D 5

7 Combinación de Requisitos Estructurales Una vez identificados los requisitos de resistencia y caras, se pueden tener en cuenta otros aspectos estructurales, por ejemplo resistencia a impactos, riidez/deformación estructural, fatia, deradación ambiental... Diferentes partes de la estructura tendrán diferentes criterios de diseño críticos casos críticos de cara. Una vez identificados estos criterios, los conceptos iniciales del diseño estructural y los materiales se pueden establecer y verificar desde el pto de vista de la aeronaveabilidad. De esta forma se puede llear al establecimiento de un peso estructural preciso

8 Resultados del Diseño Estructural Evaluación de los casos de cara estructurales relevantes y desarrollo de una evolvente de vuelo apropiada. Diseño con precisión de una estructura eficaz, incluyendo: Dimensiones estimadas de componentes tales como larueros de ala y estabilizador horizontal con el fin de evaluar la bondad de las estimaciones de peso y justificar la elección de los materiales. Identificación de posibles métodos de fabricación y realización de uniones. Datos de ensayos para verificar que el análisis estructural es el adecuado. Evaluación cuidadosa del peso estructural incluyendo una descomposición muy detallada de los pesos y el cálculo de la posición del centro de ravedad

9 Certificación y Aeronaveabilidad La certificación se puede considerar como el proceso de demostración (por parte del fabricante) y aceptación (por parte de la autoridad) de la aeronaveabilidad y seuridad de la aeronave para operar con seuridad. El principal requisito es que la aeronave debe ser aeronaveable, lo cual queda confirmado por la emisión de un certificado de aeronaveabilidad. La aeronaveabilidad de una aeronave está relacionada con los niveles de seuridad incorporados a todos los aspectos de su diseño, fabricación y operación. De forma muy eneral se podría definir la aeronaveabilidad como la cualidad que contribuye a que una aeronave sea seura en vuelo. Existen requisitos de aeronaveabilidad para una ran variedad de tipos de aeronaves, por ejemplo, CS-3 para aviones con un peso máximo al despeue inferior o iual a 5670 k. Los certificados de aeronaveabilidad se emiten tras haberse comprobado el cumplimiento con los requisitos aplicables recoidos en los códios

10 Requisitos de Aviación y Especificaciones de Certificación Las Autoridades Conjuntas de Aviación (Joint Aviation Authorities, JAA) han sido las responsables en Europa, hasta hace muy poco tiempo, de la producción y publicación del los Requisitos Conjuntos de Aviación (Joint Aviation Requirements, JARs),que son las normas/métodos recomendados para el diseño, fabricación, operación y mantenimiento de productos seuros en vuelo. La Aencia Europea de Seuridad Aérea, AESA (European Aviation Safety Aency, EASA), tiene ahora la responsabilidad de la reulación de la aeronaveabilidad, el mantenimiento, las licencias y las operaciones en los Estados miembros de la Unión Europea ( y ha reestructurado los documentos anteriores dando luar a otros llamados Especificaciones de Certificación (Certification Specifications, CS) y Medios Aceptables de Cumplimiento (Acceptable Means of Compliance, AMC). En el caso de los Estados Unidos, la autoridad relevante en estas materias es la Federal Aviation Administration (FAA; que actúa, entre otras formas, a través de los requisitos recoidos en los códios FAR (Federal Aviation Reulations) 10

11 Certificación: primeros pasos La base para certificación para la aeronave particular debe ser claramente identificada y acordada por las partes. Hay que disponer de una descripción clara de cómo el diseño va a cumplir con los aspectos cruciales de las normas aplicables. Es necesario tener identificadas las características de diseño/operación que no cumplen claramente o que no están preparadas intencionadamente para cumplir con las normas. Hay que neociar con la autoridad medidas/acciones para que las discrepancias sean aceptadas. Se debe disponer de una planificación detallada del proceso de certificación de tipo No olvidar: el diseño completo debe estar basado alrededor del códio apropiado, de forma que todos los miembros del todos los equipos deben ser cosncientes del contencido de las secciones relevantes en su espcialidad de dicho códio. 10