CÁLCULO DE AVIONESCurso 2011-2012

Grupo 9:Esther Alfonso Navarro

J é M l Bl DíJosé Manuel Blanco DíazJesús Fuentes Quintana

Juan Esteban Gómez LlamasJuan Esteban Gómez LlamasMilagros Moreno Sánchez

ÍndiceÍndiceÍndiceÍndice

Departamento de Diseño.epa ta e to de se o

Departamento de Aerodinámica.

Departamento de Prop. y Actuaciones.

Departamento de Estabilidad.

Departamento de Estructuras.

DiseñoDiseño

DiseñoDiseñoDiseñoDiseño

Características principales:

Ala con estrechamiento.Ala con estrechamiento. Ala alta.

E t bili d d l ti “B tt fl ” Estabilizador de cola tipo “Butterfly”. Configuración “pusher” turbohélice.g p Sin diedro negativo.

Alas plegables hacia atrás Alas plegables hacia atrás. Cola plegable hacia adelante.

Etapa preliminar Revisión 2

Diseño definitivo Diseño definitivo Alzado

Planta Perfil Plegado alas

Plegado completo

AerodinámicaAerodinámica Objetivos

- Correcciones sobre 2ª entregaCorrecciones sobre 2 entrega

E t di t i d l l- Estudio extensivo de la polar

- Descripción definitiva de alas, dispositivos hipersustentadores etcdispositivos hipersustentadores, etc.

CorreccionesCorreccionesCorreccionesCorreccionessobre la segundasobre la segundasob e a segu dasob e a segu da

entregaentregagg

Correciones sobre 2ª entregag

2 problemas:- 2 problemas:

Necesidad de mejorar Clmax

Necesidad de mejorar eficiencia Oswald

Mejorar Cl maxj

3 500

4,000

2 500

3,000

3,500

1 500

2,000

2,500

Limpia

Despegue

Aterrizaje

1,000

1,500j

0,000

0,500

-20,000 -15,000 -10,000 -5,000 0,000 5,000 10,000

Mejorar Cl maxj

3 500

4,000

2 500

3,000

3,500

1 500

2,000

2,500

Limpia

Despegue

Aterrizaje

1,000

1,500j

0,000

0,500

-20,000 -15,000 -10,000 -5,000 0,000 5,000 10,000

Mejorar eficiencia de Oswaldj Mejorar eficiencia de Oswaldj

Selección Selección Selección Selección dde perfilese perfilesdde pe ese pe es

NACA 2412

Clα (per deg) 0,116

Clmax 1,68

Cl0 0,137

l 0 (d ) 2αl=0 (deg) -2αSTALL (deg) 16 8αSTALL (deg) 16,8

CM0 -0,06,

NACA 0012

Clα (per deg) 0,119

Clmax 1,731

Cl0 0

l 0 (d ) 0αl=0 (deg) 0αSTALL (deg) 15αSTALL (deg) 15

CM0 0

Curva CL – α del ala (config. Limpia):

Clα (per deg) 0,113

Clmax 1,512

αSTALL (deg) 12,63

Curva CL – α del ala (distintas config.):

3 500

4,000

2 500

3,000

3,500

1 500

2,000

2,500

Limpia

Despegue

Aterrizaje

1,000

1,500j δ despegue 15º

0,000

0,500

-20,000 -15,000 -10,000 -5,000 0,000 5,000 10,000

δ aterrizaje 40º

Estudio de Estudio de Estudio de Estudio de la polar la polar a po aa po a

Polar del Avión (BUILDUP METHOD):

k 0,042,5

CD0, crucero 0,026

C 0 033

2

C CD0, desp 0,033

CD0, aterr 0,0491

1,5 Crucero

Despegue

Aterrizaje

Subida

CD0, subida 0,025

C 0 0260,5

1

Descenso

CD0, descenso 0,026

00 0 05 0 1 0 15 0 2 0 250 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Polar del Avión (BUILDUP METHOD):CRUCERO

ALA

FUSELAJE

ESTABILIZADOR

TREN

Polar del Avión (BUILDUP METHOD):DESPEGUE

ALA

FUSELAJE

ESTABILIZADOR

TREN

Polar del Avión (BUILDUP METHOD):ATERRIZAJE

ALA

FUSELAJE

ESTABILIZADOR

TREN

Polar del Avión (BUILDUP METHOD):SUBIDA

ALA

FUSELAJE

ESTABILIZADOR

TREN

Polar del Avión (BUILDUP METHOD):DESCENSO

ALA

FUSELAJE

ESTABILIZADOR

TREN

Eficiencia Aerodinámica

16

18

ÓptimosCrucero 15 37

12

14

Eff crucero

Crucero 15,37Despegue 13,58Aterrizaje 11 19

8

10Eff_crucero

Eff_desp

Eff_aterr

Eff_subida

Aterrizaje 11,19Subida 15,64Descenso 15 37

4

6 Eff_descensoDescenso 15,37

0

2

0 0 5 1 1 5 2 2 5

Opt,Crucero 4,54º0 0,5 1 1,5 2 2,5

Propulsión y ActuacionesPropulsión y Actuaciones4,50E-01

5,00E-01

3,50E-01

4,00E-01

2,50E-01

3,00E-01

Tt0

/Wt0 Crucero

Climb_t1

Climb_t2

1,50E-01

2,00E-01 Despegue_nuevo

Limitación Wt0/S

0 00E 00

5,00E-02

1,00E-01

0,00E+00700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500

Wt0/S

Modelo: 250-C20R F b i t Alli Características Fabricante: Allison

(Rolls-Royce)Características

Potencia (TO) 450 hpPotencia (TO) 450 hp

SFC(TO) 0 608 lb/hr hpSFC(TO) 0.608 lb/hr hp

Peso 173 lb

Segmento de vuelo

Tiempo (seg)

Tiempo (min)

Distancia(m)

Combustible (lb)

Combustible(kg)

Despegue 11,52 0,19 306,11 1,02 0,46

Subida 441,27 7,35 30509,96 36,93 16,75

Crucero 7299,57 121,66 525730,98 296,96 134,70

Espera 1200 20 - 40,37 16,61Espera 1200 20 40,37 16,61

Descenso 654,62 10,91 37242,65 14,54 6,59

Aterrizaje 13,72 0,23 419,36 0,43 0,20j , , , , ,

Despegue 10,69 0,18 284,00 0,94 0,43

Subida 388,67 6,48 26838,66 14,98 6,81

Crucero 7299,57 121,67 525730,98 296,97 134,70

Descenso 679,14 11,32 37242,65 14,97 6,79

Aterrizaje 14,00 0,23 427,70 0,44 0,20

Despegue I Despegue II

o SG=152 m=498 ft o SG=130 m=426 fto ST=154 m=505 fto =1

o ST=154 m=505 fto =1

o =0.03o Tiempo =11.5 seg

o =0.04o Tiempo=10.7 sego Tiempo 11.5 seg

o Combustible=0.46 kgo Tiempo 10.7 sego Combustible=0.43 kg

SubidaTramo 1 Tramo 2 Tramo 3

Altitud 50-1500 ft 1500-4750 ft 4750-8000 ft

V 50.46 m/s 72 m/s 72 m/s

VV 8.19 m/s 5.69 m/s 4.64m/s

G di 16% 8% 6 5%Gradiente 16% 8% 6.5%

Tiempo 1 min 3 min 3.5 min

D h i t l 30506 D_horizontal 30506 m

Combustible 16.75 kg

Subida alternativa Gradientes mínimos según FAR y optimizando posición de palancaoptimizando posición de palanca

Crucero Velocidad= 72 m/s

=0.56 Velocidad= 72 m/s =0.56 Combustible=970 kg 3000

3500400045005000

Combustible=970 kg

50010001500200025003000

T [

N]

0500

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Velocidad (kts)T_nec T_dis

Máximo alcance Velocidad= 65 m/s No aplicable por ser Velocidad 65 m/s Máxima autonomía Velocidad=49 3 m/s

No aplicable por ser menor a 72 m/s

Velocidad 49.3 m/s

Subida

Tramo 1 Tramo 2

Altitud 8000-4025 ft 4025-50 ft

V 59 m/s 55 m/s

VD 3.84 m/s 3.61 m/s

Gradiente 3.72º 3.72º

Tiempo 4.3 min 6.61 min

El descenso se realiza con condición de máximo alcance alcance

La distancia horizontal recorrida no se ha descontado de las 600 nm (indicaciones del RFP)

Aterrizaje

o SG=143.5 m=471 ftSA 229 5 752 6 fto SA=229.5 m=752.6 ft

o SF=46.5m=152.4 ftSaterrizaje = 419.4m=1376 ft

o Con reversao Tiempo =13.7 sego Combustible=0.20 kgg

3,5

Diagrama V-n

2,5

3

1,5

2

0,5

1n

-0,5

00 50 100 150 200 250 300

-1,5

-1

Velocidad(kts)

2000

Carga de pago-Alcance

1600

1800

1200

1400

pa

go

(lb

)

600

800

1000

Ca

rga

de

p

200

400

600

00 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 7000000

Alcance (m)

Estabilidad y controlEstabilidad y control• DETERMINACIÓN DEL CENTRO AERODINÁMICO

CA W= 5 53 mCA W= 5,53 m

CAT= 9,4 m

CA= 6,227M

• DETERMINACIÓN MÁRGEN ESTÁTICO

Carga de pago y combustible

Xcg=4.59 m SM= 16.67%

Carga de pago sin combustible

Xcg=4.73 m  SM= 14.97%

Sin carga de pago y  con combustible

Xcg= 4.8 m SM= 14.27%

Sin carga de pago y sin combustible

Xcg= 5.16m SM=10.6%

Gear UpDespegue

2280

Margen Estático. Ida Sin Carga de Pago

Gear Up

Subida

2240

2260

2200

2220

ón [k

g]

Crucero

2160

2180

Peso del avió

Espera

15,58781094; 2094,654842

2120

2140

Descenso

Gear DownAterrizaje

2080

2100

14,2 14,4 14,6 14,8 15 15,2 15,4 15,6 15,814,2 14,4 14,6 14,8 15 15,2 15,4 15,6 15,8

Margen estático [%]

1300

Margen Estático. Vuelta Sin Carga de Pago

Gear Up

Subida

Despegue

1260

1280

1220

1240

ón [k

g]

Crucero

1180

1200

1220

Peso del avió

1160

1180

Descenso

Gear DownAterrizaje

1120

1140

15,4 15,6 15,8 16 16,2 16,4 16,6 16,8 17 17,2 17,4

Margen Estático [%]

Despegue2100

2120

Margen Estático. Vuelta Con Carga de Pago

Gear upSubida

2060

2080

2100

Crucero

2020

2040

2060

avión [kg]

1980

2000

2020

Peso del 

Aterrizaje

Gear Down

Descenso 

1940

1960

Gear Down

192017,8 18 18,2 18,4 18,6 18,8 19 19,2

Margen Estático [%]

M E táti IdGear UpDespegue

2260

2280

Margen Estático. Ida 

Subida

2220

2240

2260

Crucero

2180

2200

2220

avión [kg]

2140

2160

2180

Peso del a

Espera

2100

2120

2140

Descenso Aterrizaje

Gear Down2080

2100

16,8 17 17,2 17,4 17,6 17,8 18 18,2

Margen estático [%]Margen estático [%]

S O G• ESTABILIDAD LONGITUDINAL

COLA EN VSw/St = 0 314Sw/St = 0,314St= 4,52 m2

S /St 22 8%Srv/St=22,8%Srv= 0,974 m2

SUPERFICIE FLAPS11,23% de superficie alarp

O C C O• TRIMADO EN EL PRIMER CRUCERO

S• ESTABILIDAD LATERAL

• DIMENSIONADO ALERÓN

Superficie del alerón: 14,75% de superficie alar

D fl ió á i 22ºDeflexión máxima: 22º

EstructurasEstructurasObjetivo Cálculo de Pesos de

l t los componentes estructurales y de los ysistemas.

Método DAR Corporation -DAR CorporationRoskam

Aviación General

Componentes Estructurales:

Componente Peso [kg] Peso Instalado [kg]

Ala 187,9914074 216,1901185Ala 187,9914074 216,1901185

Estabilizador 37,28789026 42,8810738

Fuselaje 223,9391866 257,5300646j , ,

Tren aterrizaje 46,65978287 53,6587503

Peso de la Estructura 570,260 Kg

Peso de los Sistemas:

Sistema Peso [kg]

Sistema de Control de Vuelo 116,0601875Sistema de Control de Vuelo 116,0601875

Instrumentación, Aviónica y Electrónica 29,28406298

Sistema Eléctrico 52,37820927,

Sistema Anti Hielo 10,24552273

APU 22,22449899,

Total 230,19 kg

Otros Peso [kg]

M t I t l d 90 27Motor Instalado 90,27

Combustible 544,31

Carga de Pago 816 47Carga de Pago 816,47

Peso en vacío 909,31 kg

Peso al despegue 2269,67 kg

Envolventes del centro de gravedad

Despegue1280

1300

Envolvente CDG. Vuelta sin Carga de Pago

Gear UpSubida

1240

1260

1280

g]

Crucero1200

1220

so del avión

 [kg

1160

1180Pes

Gear Down

DescensoAterrizaje

1120

1140

4,5 4,52 4,54 4,56 4,58 4,6 4,62 4,64 4,66 4,68

C t d G d d [ ]Centro de Gravedad [m]

Envolventes del centro de gravedad

DespegueSubida2100

2120

Envolvente CDG. Vuelta con Carga de Pago

Gear Up

Subida

2060

2080

2100

g]

Crucero

2000

2020

2040

so del avión

 [kg

Descenso

At i j

1960

1980

2000

Pes

Gear DownAterrizaje

1920

1940

4,32 4,34 4,36 4,38 4,4 4,42 4,44

Centro de Gravedad [m]

Envolventes del centro de gravedad

Despegue1280

1300

Envolvente CDG. Vuelta sin Carga de Pago

Gear UpSubida

1240

1260

1280

g]

Crucero1200

1220

so del avión

 [kg

1160

1180Pes

Gear Down

DescensoAterrizaje

1120

1140

4,5 4,52 4,54 4,56 4,58 4,6 4,62 4,64 4,66 4,68

C t d G d d [ ]Centro de Gravedad [m]

Gracias por vuestra Gracias por vuestra atención.atención.