Cálculo de aviones Aviones - ULCT. 150 XT The Versatile Freighter DEFAY: 150-XT. Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 1

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1 Cálculo de aviones Aviones - ULCT 150 XT The Versatile Freighter Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 1

2 Cálculo de aviones Aviones - ULCT Grupo 8: Álvaro CARRASCO Fanny DUCERF David GALLEGO Izabella KASINSKA Mª Ángeles REQUEREY 150 XT The Versatile Freighter Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 2

3 Introducción Objetivo: Diseñar un avión de carga versátil. Estudio se divide en 5 ramas principales: Diseño Aerodinámica Estabilidad Estructuras Actuaciones Cumplir con los requisitos mínimos para este tipo de avión: Km Mach 0,89 Payload de 150Tn Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 3

4 Dimensiones ALA FUSELAJE S = 845 m2 b = 74m MAC = 12,96m iw = 1,5º A = 6,31 λ = 0,25 Λ0.25c = 37º Ø= 7m L = 73m ESTABILIZADOR Vertical ESTABILIZADOR Hz S = 107 m2 b = 15m MAC = 8m A = 2,3 λ = 0,8 Λ0.25c = 36º S = 205 m2 b = 73m MAC = 7m A = 5 λ = 0,3 Λ0.25c = 36º ih = -2º Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 4

5 ESTUDIO DE PESOS Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 5

6 Pesos C.G We MTOW consumo de combustible 2.distintas cargas 3.distintas configuraciones ----Método de estudio ALA ESTABILIZADOR HORIZONTAL ESTABILIZADOR VERTICAL FUSELAJE LANDING GEAR libras libras 6326,3 libras libras We = 253 t 56828,2 libras MOTORES INSTALADOS libras (X 4) DEMÁS COMPONENTES libras Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 6

7 Pesos C.G PESOS PRINCIPALES We Fuel Weight Tripulación Carga MTOW t t 0.5 t 150 t 600 t Reserva de combustible: 36, 32 toneladas Peso en aterrizaje: 440 toneladas Cálculo del C.D.G :. según aproximaciones basadas en la cuerda principal del ala Diferencias según cada elemento Los resultados son: Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 7

8 Pesos C.G CENTROS DE GRAVEDAD A medida que incluimos. Ala Cola horizontal Cola vertical Fuselaje Tren de aterrizaje Motores Demás componentes m m m 11 m Delantero: -13 m Principal: 20 m Delanteros: 12,6 m Traseros: 21 m 11 m PESO (libras) Xcg (m) CASO CASO CASO CASO centro de gravedad con MTOW es de: m Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 8

9 Pesos C.G Consumiendo combustible. COMIENZO DEL VUELO ESTADO INTERMEDIO FINAL DELVUELO m m m Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 9

10 Pesos C.G Cabe el combustible en el ala? Estudio aproximado del área en planta de nuestro ala Consideramos el espesor medio Suponemos que como mínimo en el 25% no lleva alojado combustible Podría llevar simplemente por capacidad el doble de combustible del que vamos a llevar. Es decir 180 t más COMPARANDO CON OTROS AVIONES: MTW MLW MZFW A t 427 t 402 t t t t Nuestro diseño 600 t 440 t t We= t We= t Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 10

11 Pesos C.G -- Conclusión MTW We 405 t 175 t t -- Usando Materiales Compuestos en lugares convencionales DISTINTAS CONFIGURACIONES: Rebaja del 3% del peso en vacío C.1 C.2 C.3 C.4 C.5 C. 6 C.7 C.8 C.9 C. 10 C Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 11

12 Pesos C.G Centros de gravedad fijos: Centros de gravedad variables: Ala, trenes de aterrizaje y motores Estabilizadores horizontal y vertical, fuselaje y demás componentes AMPLIO ESTUDIO: -- Para cada configuración de avión se hace un estudio de los distintos centros de gravedad, en vacío y con carga. -- Además también tenemos para cada configuración lo que pasaría si pusiéramos distintas cargas de pago Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 12

13 Pesos C.G En las distintas configuraciones Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 13

14 ESTUDIO AERODINÁMICO Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 14

15 Aerodinamica - Perfiles Perfiles Ala : NACA Estabilizadores NACA 0012 Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 15

16 Aerodinámica Cálculos preliminares D / T = f(m) D / T [lb] ,2 0,4 0,6 0,8 1 M T_Despegue T_Subida T_Cruzero T_Espera T_Aterrizaje Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 16

17 Aerodinamica - Ala Ala : Configuración limpia Vuelo de subida, cruzero, espera CLmax CLalpha Ala : Configuración con los flaps Vuelo de despegue y aterrizaje Determinación de la superficie sustentadora necesaria Incremento de sustentación Clalpha Avión : tomar en cuenta el down-wash Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 17

18 Aerodinamica Curvas sustentación Resultados Ala y Avión CLala=f(alpha) 2,5 2 CL 1,5 1 0, , Desp Climb Cruzero loiter Att CLala=f(alpha) -1,5 alpha [deg] CL 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, alpha [deg] Despegue_Ala Despegue_Avion Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 18

19 Aerodinamica - CD Calculo del CD CDo Resitencia parasita (tipo de fluido, factor de forma, influencia del mach, interferencias,...) Resistencias varias (flaps, tren de aterrizaje, varios) Resistencia de leakage CD inducido Polar de coeficiente constantes Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 19

20 Aerodinamica - Polar Polar Si teniamos que seguir... Reducir el CD Analisar las diferencias segun los metodos utilizados para los calculos Optimizar... Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 20

21 ESTUDIO ESTABILIDAD Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 21

22 Estabilidad Trimado Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 22

23 Estabilidad Trimado Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 23

24 Estabilidad Trimado Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 24

25 Estabilidad Equilibrio lateral Estudio parada motor: δr = 3,5º < 20º Vmin = 94m/s < 1,2Vto δa = 4,5º < 25º Con Φ = -5º y motores funcionando: β = -1,7º δa = -6,73º δr = 2,07 FAR 25 Estudio viento cruzado: δr = 17º < 20º δa = 22º < 25º Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 25

26 Estabilidad dinámica Análisis estabilidad dinámica iniciado e implementado informáticamente: Objetivo ver la respuesta de nuestro avión a un impulso. Faltó tiempo para analizar los resultados. Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 26

27 ESTUDIO ACTUACIONES Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 27

28 Planta motora: GE90-76B Especificaciones de Potencia: Ce~0,324 lb/lbfhr Max. Potencia (sea level): Lb OverallPressureratio atmaximumpower: 39.3 BypassRatio: 8.40 Especificaciones en Crucero: Empuje(lbs): Lb Ce ~ 0,545 lb/lbfhr Velocidad de crucero: 0,83 M Dimensiones: Diam máx: 123 in Longitud: 134 in Peso en vacio: Lb Etapas turbina baja/alta: 6/2 Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 28

29 Actuaciones Carga máxima kg Alcance km Carga nula - 0 kg Alcance km p a g o - a l c a n c e d i a g r a m P/L - carga de pago [ R - alcance [km] pago-alcance Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 29

30 S = S + S + S m GROUND ROLL TRANSITION Actuaciones takeoff _ CLIMB = 3806 DISTANCIA DE DESPEGUE S takeoff = 3806 m BFL = 4718 m /según normativas de FAR/ DISTANCIA DE ATERRIZAJE FAR 25 S landing = 2678 m S FAR = 4464 m /según normativas de FAR/ Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 30

31 Actuaciones AUTONOMIA - 11 horas VUELO DE ESPERA - 20 minutos - consumo de combustble 0,5 lb/lb/hr Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 31

32 ESTUDIO ESTRUCTURAS Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 32

33 Estructuras Cargas CARGAS PRINCIPALES: 1. Sustentación 2. Peso de los motores 3. Peso de la propia estructura 4. Peso de combustible 5. Cargas del tren de aterrizaje 6. Cargas debidas a la carga de pago ESTUDIO PRINCIPAL EN EL ALA:: sobre las distintas fuerzas que actúan en la parte que queda al aire, cuando acaba el refuerzo Estudio en cada fase del vuelo, considerando un punto intermedio Cargas variables: sustentación, peso de combustible Cargas fijas: peso estructura y motores. --- Cómo se han calculado cada una de ellas??... Aproximaciones Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 33

34 Estructuras Cargas MOMENTO RESULTANTE FUERZA RESULTANTE DESPEGUE 273 KN*m KN SUBIDA KN*m KN CRUCERO 890 MN*m KN ESPERA 198,6 MN*m KN ATERRIZAJE 350 MN*m KN -- Reconocimiento de las demás cargas y zonas críticas en el avión Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 34

35 Estructuras Tren de aterrizaje 1- Problemática. 2- Solución. Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 35

36 Estructuras Tren de aterrizaje Tren delantero (1270x455 R22) Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 36

37 Estructuras Tren de aterrizaje Tren principal (1400x530 R23 (55x20 R23) ) Problemas: 1- Centro gravedad. 2- Problemas de vuelco. 3- Cargas. Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 37

38 Estructuras Tren de aterrizaje Estudio realizado. 1- Carga máxima estática. 2- Carga máxima estática (nose). 3- Carga mínima estática (nose). 4- Carga dinámica de frenado (nose) (pistas duras). para 22 ruedas Max Static load (lb) 55854,00 Max Static load (nose)(lb) 7133,33 Min static load (nose)(lb) 6206,00 Dynamic load(lb) 10554,42 Total dynamic/1,3 (lb) 13605,97 Mayorado por las FAR25 Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 38

39 Estructuras Tren de aterrizaje Conclusión Tren válido. Neumáticos mayorados Estructura tren principal: - Amortiguador brazos. - Elevador hidráulico. - 2 ruedas. Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 39

40 Estructuras - Puerta de carga Configuración pisos. Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 40

41 Estructuras - Puerta de carga 1 RAMPA Y PUERTA DE CARGA 2 PUERTAS LATERALES Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 41

42 Estructuras - Puerta de carga Suelo Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 42

43 Estructuras - Puerta de carga Configuración rampa. Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 43

44 Estructuras Puerta de carga Distribución carga interior 1-96 x238,5 x96 (14) 2-96 x125 x64 (18) Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 44

45 Nuestro avión Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 45

46 Nuestro avión Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 46

47 Nuestro avión Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 47

48 Nuestro avión Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 48

49 Nuestro avión Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 49

50 Nuestro avión Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 50

51 Nuestro avión - Conclusiones Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 51

52 Nuestro avión VIDEO Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 52

53 FIN PREGUNTAS? Cálculo de Aviones 22/01/07 Pag. 53