CÁLCULO DE AVIONES - aero.us.esaero.us.es/adesign/Trabajos/Curso_2010_11/Grupo_03.pdf · Diseño...

CÁLCULO DE AVIONES PERRY-I

Ricardo Blanco Poole Elio Carrasco Guerrero José Carlos García Hiniesta Francisco José Macías Beltrán Alejandro Martín Garrido

ÍNDICE

•DISEÑO •AERODINÁMICA •ESTABILIDAD Y CONTROL •ESTRUCTURAS •ACTUACIONES Y PROPULSIÓN

2

Diseño

• Evolución del Diseño • Planos • Configuración de elementos • Mejoras competitivas • Potencial del Perry - I

3

DISEÑO Evolución del Diseño

4

5

DISEÑO Proyecciones y medidas de interés

• Disposición interior

6

DISEÑO Componentes internos

Volumen fuselaje = 179,7 m3

7


8


DISEÑO

• Bodega de carga

9

Componentes internos

10

Tren de aterrizaje central


• Diseño especializado por la ubicación • Doble sistema de amortiguamiento • Capacidad de balanceo de las ruedas

• Se han diseñado depósitos de combustible en el ala. • En ellos podemos albergar el combustible necesario para la misión. • Tenemos depósitos de combustible centrales para el caso de sustituir

carga de pago o no llenar el ala y poder redistribuir el combustible según la situación de la misión.

11

Depósitos de combustible


• Diseño de góndola lo más aerodinámico posible

• Hélice, caja reductora y turbopropulsor en el mismo eje – Menos resistencia

• Embebidos en el ala

12

Sistema propulsor


DISEÑO Mejoras competitivas y tecnología diseñada

• Configuración de fuselaje y suelo adaptable

• Sistemas de almacenamiento de sonoboyas (hasta 128)

• Sistemas lanzamiento de sonoboyas (hasta 112)

• Sistemas de lanzamiento de torpedos y misiles

• Radar de apertura sintética (SAR)

• Ubicación del tren de aterrizaje trasero

• Winglet • Apantallamiento del MAD

13

DISEÑO Potencial del Perry - I

Multiconfiguración

• El diseño modular permite cierto movimiento de los componentes.

• Podemos reconfigurar al diseñar nuevos módulos (p.ej. Transporte de enfermos)

Capacidad de carga de combustible

• Sustituir fácilmente

armamento por depósitos modulares

• Ampliar el combustible al no cargar al máximo las sonoboyas

14

AERODINÁMICA

15

Perfil ala: l188root

Perfil estabilizadores: NACA 0012-64

AERODINÁMICA

16

ALA HTP VTP

Cuerda raíz [m] 5 3,2 4,8

Cuerda punta [m] 2,5 1,6 1,5

Λ1/4 [º] 0 8 20

ΛLE [º] 2,39 11,52 26,34

ΛTE [º] -7,13 -2,82 -1,68

Cuerda media [m] 3,85 2,5 3,44

AERODINÁMICA

17

ALA HTP VTP

AR o A 8 5 1,5

S [m2] 110 32 19,8

b[m] 29,66 12,65 6,29

CLα [1/rad] 6,18 4,31 2,5

AERODINÁMICA

CLmax αstall α0L

Ala sin flaps 1,32 11,96º -2,3º

Ala con flaps a 10º 1,69 11,46º -6,7º



CLα= 6,430 [1/rad]= 0,112 [1/deg] Perfil: L188root

18

AERODINÁMICA

19

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

0

0.5

1

1.5

2

2.5

α

CL

Sin flapsFlaps a 40ºFlaps a 20ºFlaps a 10º

AERODINÁMICA

Coeficiente de resistencia

CD0

Configuración limpia

Crucero

0,0211

Subida de 10000ft a

28000 ft

0,0217

Descenso

0,0187

Loiter

0,0209

Configuración sucia

Despegue

0,0504

Subida hasta 1500ft

0,0512

Aterrizaje

0,0696

20

AERODINÁMICA POLAR PARABÓLICA

21

K’=0,040

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

λ

e

Oswald Efficiency

AERODINÁMICA

22

y = 0,003630x + 0,005446

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

K’’=0,00363

(Cl-Clmin)^2

Cd

AERODINÁMICA

23

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

CD

CL

Polar del avión

CruceroDespegueAterrizajeSubida hasta 1500ftDescensoLoiterSubida 10000 a 28000ft

AERODINÁMICA

24

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

CL

E

Eficiencia Aerodinámica

CruceroDespegueAterrizajeSubida hasta 1500ftDescensoLoiterSubida 10000 a 28000ft

ESTABILIDAD Y CONTROL

25

Variación del CDG en función de la posición del ala

SM=13% (En crucero)

26


Centrado y geometría del avión

27


Análisis de vuelo equilibrado

0.4793 0.528 7.1509 3.19 0.31 -0.4326 -12.18

Valores en radianes

Positivo!! Negativo!!

0.4139 0.528 7.1509 3.19 0.34 -4.33 -12.18

Primer crucero

Loiter

28

ESTABILIDAD Y CONTROL Análisis de trimado en el primer crucero (optimización) y en segmento de vigilancia

Loiter Crucero

30

ESTABILIDAD Y CONTROL Estabilidad estática para el caso del desprendimiento del equipo lanzable

Sonoboyas Equipo de lanzamiento (40) Torpedos y misiles

2 Misiles (1382 Kg)

4 Torpedos (1360 Kg)

31


Derivadas de Estabilidad Longitudinales

Valores en radianes

Derivadas de estabilidad longitudinal adimensionales

32


Derivadas de Estabilidad Laterales-Direccionales

Valores en radianes

Derivadas de estabilidad lateral-direccional

33


Situación más desfavorable: 1. Fallo del motor más alejado 2. Fallo en despegue

Previo a la acción del piloto tras el fallo

Equilibrado posterior

Análisis del fallo de un motor Otra situación de interés: 1. Fallo del motor más alejado 2. Fallo en crucero

Previo a la acción del piloto tras el fallo

Equilibrado posterior

34

Situación más desfavorable: 1. Viento cruzado 2. Viento en despegue

Para mantener velocidad en linea recta


Análisis para vientos cruzados Otra situación de interés: 1. Viento cruzado 2. Viento en crucero

Para mantener velocidad en linea recta

35


Viraje Estacionario

Situación más desfavorable: 1. En el loiter 2. Máximo factor de carga de 1.2

Otra situación de interés: 1. En el crucero 2. Angulo de alabeo hasta 50º

36


Estabilidad dinámica longitudinal

Magnitudes características de los modos longitudinales

Características Fugoide Corto Periodo

0.55624 2.73

11.3 2.43

0.027 0.33 45 0.75

4.04 0.3

Cambio en la velocidad Cambio en el AoA

Magnitudes características de los modos laterales-direccionales

Características Balanceo Holandés

Convergencia en Balance

Modo Espiral

1.34 0 0

4.6969 Inf Inf

0.0819 1 1

6.29 0.752 1060.62 1.33 0 0

37


Estabilidad dinámica lateral-direccional

Cambio en el ángulo de resbalamiento

ESTRUCTURAS

38

Pesos estructurales

Elemento Peso (kg)

Ala 3448,103

Cola 397,7809

Fuselaje 4859,683

Tren 1104,798

ESTRUCTURAS

39

ESTRUCTURAS

40

Refuerzos

Elemento Peso (kg)

Ala 344,8

Cola 39,8

Fuselaje 485,9

PESO TOTAL DE LOS REFUERZOS 870,2 kg

ESTRUCTURAS

41

Pesos estructurales

Elemento Peso (kg)

Ala 3792

Cola 436

Fuselaje 5345

Tren 1104

PESO ESTRUCTURAL 10677

ESTRUCTURAS

42

Equipamiento fijo

Elemento Peso (kg)

Mandos de vuelo/Hidráulica 744,5856

APU 112,8429

Instrumentos/Avionica/Electronico 306,2228

Eléctrico 614,1704

Furnishings 184,4921

Presurizacion/antihielo 875,175

Pintura 194,2509

Sistema de aceite 1720,616

EQUIPAMIENTO FIJO 4981

ESTRUCTURAS

43

Planta de potencia

Elemento Peso (kg)

Motores 3530

Helice 742,2906

Control del motor 70,58584

Control de la hélice 55,53011

Arrancador 724,4697

Fuel system 520,3479

PLANTA DE POTENCIA 5404

ESTRUCTURAS

44

Pesos en vacío

Elemento Peso (kg)

Peso estructural 10677

Peso equipamiento fijo 4981

Planta de potencia 5404

PESO EN VACIO 21062 kg

ESTRUCTURAS

45

Carga de pago

Elemento Peso (kg) Material personal 110

Comida de los tripulantes 110

Pilotos en cabina 240

Personal de vigilancia 640

MK50 1360

AGM84 1382

Sonoboyas en sistema A 950

Sistema de almacenamiento de sonoboyas

210

ASQ81 13,6

SAR 100

Luz 13

FLIR 44

Sistema paletizado HC-144 3680

Litera y armario 40

Cocina 45

Asientos de los pilotos 54

Aseos 12,13

Mesa y sillas 30

8933 kg

ESTRUCTURAS

46

Pesos al despegue

Elemento Peso (kg)

Peso en vacio 21062

Peso carga de pago 8933

PESO EN VACIO OPERATIVO 30000 kg

PESO EN VACIO AL DESPEGUE 30000 kg

FRACCION DE COMBUSTIBLE: 0,6343

MTOW: 47500 kg Peso de combustible: 17500 kg

47

La situación mas restrictiva, que choque el MAD en el suelo Eso se produce con α = 9,7º En configuración de despegue αstall = 9,16º

No se produce ningún impacto durante el despegue

ESTRUCTURAS Configuración de despegue

ESTRUCTURAS

48

Centrado

Situación CDG: 14 m

ESTRUCTURAS

49

Centrado

ESTRUCTURAS

50

Centrado

ACTUACIONES Y PROPULSIÓN

51

4 motores sin escalado

TIEMPO DE MISIÓN 15 horas y 24 minutos


52

Despegue

DISTANCIA DE DESPEGUE 1217 m. < 1700 m. RFP Tiempo: 23 segundos Consumo de combustible: 7,5 kg.


53

Subidas


54

Subidas

Segmento Tiempo Distancia

horizontal Consumo

(kg) Fracción

Primero 14 min. 46 seg 57 mn 666,82 0,9857

Segundo 8 min. 48 seg 34,5 mn 423,33 0,9880


55

100 200 300 400 5000

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

4 Subida 1

Pot

enci

a (h

p)

Velocidad(knots)100 200 300 400 500

0

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

4 Subida 2

Pot

enci

a (h

p)

Velocidad(knots)100 200 300 400 500

0

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

4 Subida 3

Pot

enci

a (h

p)

Velocidad(knots)

Potencia requeridaPotencia disponiblePotencia disponible 95% PalancaPotencia disponible 90% PalancaVelocidad del tramo según RFP


56

Cruise Estudio de velocidades

Tiempo de crucero Ida 3 horas Vuelta 3 horas Consumo Ida 4577 kg Vuelta 4000 kg


57

50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2x 10

4 CRUCERO 1

Velocidad(knots)

Pote

ncia

(hp)

Potencia requeridaPotencia disponiblePotencia disponible 90% PalancaPotencia disponible 80% PalancaVelocidad Mínima en Crucero

50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2x 10

4 CRUCERO 2

Velocidad(knots)

Pote

ncia

(hp)

Potencia requeridaPotencia disponiblePotencia disponible 90% PalancaPotencia disponible 80% PalancaVelocidad Mínima en Crucero


58

Loiter

Estudio de velocidades

Tiempo Distancia Radio de

giro Consumo

(kg) Fracción

8 horas 2300 km 974,4 m. 6488 0,8447


59

50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

4 LOITER

Velocidad(knots)

Pot

enci

a (h

p)

Potencia requeridaPotencia disponiblePotencia disponible 80% PalancaPotencia disponible 60% PalancaPotencia disponible 40% PalancaVelocidad Máxima en LoiterVelocidad de operación:155Kts


60

Descensos 100 150 200 250 300 350-6.5

-6

-5.5

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

Velocidad(knots)

Gam

ma(

deg)

Ángulo del descenso 1

GammaVelocidad de entrada en pérdida

50 100 150 200 250 300 350-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Velocidad(knots)

Gam

ma(

deg)

Ángulo del descenso 2

GammaVelocidad de entrada en pérdida

Segmento Tiempo Distancia

horizontal Consumo

(kg) Fracción

Primero 17 min. 44 seg 174 mn 477,02 0,9887

Segundo 16 min. 34 seg 163 mn 454,08 0,9855


61

Aterrizaje

DISTANCIA DE ATERRIZAJE 1130 m. < 2000 m. RFP Tiempo: 27 segundos Consumo de combustible: 9 kg.

Fracción Comienzo (kg) Final (kg) Consumido

(kg)

Tiempo maniobra Carga alar (Pa)

Despegue 0,999842377 47529,0847 47521,593 7,49169038 23 seg 4238,73

Subida 1 0,999194218 47521,593 47483,3009 38,2920539 38 seg 4238,06

Subida 2 0,995864142 47483,3009 47286,9167 196,384193 3 min 13 seg 4234,64

Subida 3 0,990861041 47286,9167 46854,7635 432,15321 10 min 55 seg 4217,13

Crucero 1 0,902316187 46854,7635 42277,8116 4576,95196 2 horas 55 min 4178,59

Descenso1 0,988716903 42277,8116 41800,7869 477,024658 17 min 44 seg 3770,41

Loiter 0,844768421 41800,7869 35311,9848 6488,80214 8 horas 3727,87

Subida 4 0,995388663 35311,9848 35149,1493 162,83545 2 min 8 seg 3149,18

Subida 5 0,992588679 35149,1493 34888,6477 260,501624 6 min 40 seg 3134,66

Crucero 2 0,885543531 34888,6477 30895,4163 3993,23141 3 horas 1 min 3111,43

Descenso2 0,98557283 30895,4163 30449,6828 445,733435 16 min 34 seg 2755,30

Espera 0,99044579 30449,6828 30158,7602 290,922675 30 min 2715,55

Aterrizaje 0,999708474 30158,7602 30149,9681 8,79205563 27 seg 2689,61

Taxi 150 30149,9681 29999,9681 150 15 h. 24 min 2688.82

62



63

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

-2

-1

0

1

2

3

4

5

Velocidad (keas)

Fac

tor d

e C

arga

Diagrama V-n

A

A’

A’’

B’

B

Vc Vd

Va

Vs

Vsneg


64

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80002.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

x 104

Alcance (mn)

Pes

o (k

g)

Diagrama Carga de Pago - Alcance

A 350knotsPeso en VacíoPeso en Despegue

A

B

C D

¡Gracias por su atención!

65

CÁLCULO DE AVIONES - aero.us.esaero.us.es/adesign/Trabajos/Curso_2010_11/Grupo_03.pdf · Diseño...

Documents

Transcript of CÁLCULO DE AVIONES - aero.us.esaero.us.es/adesign/Trabajos/Curso_2010_11/Grupo_03.pdf · Diseño...