Diseño de estructuras

1Cálculo de Aviones © 2009 Sergio Esteban Roncero, [email protected]

Revisión de 2ª EntregaEstimación Estructuras Aviones

Sergio Esteban Roncero Departamento de Ingeniería Aeroespacial

Y Mecánica de Fluidos


Cargas primarias Cargas aerodinámicas externas y su transferencia a los largueros.

Cargas inerciales:Combustibles.EstructuraEquipamiento externo.

Cargas de aplastamientoRedistribución de cargas concentradas (góndola motor y tren de aterrizaje) a los largueros y a los paneles de recubrimiento.Miembros de soporte para los larguerillosRedistribución de cizalladura en los lugares de cargas concentradas.

Arquitectura del ala – cargas soportadas


Arquitectura del ala - Elementos del ala

Elementos constitutivos:Largueros - spar.Costillas - ribs.Larguerillos - Longitudinal stringer .Revestimiento - skin.Cajón de torsión – torsional box – D-box.Borde de entrada – leading edgeBorde de salida – trailing edgeExtremo del ala - wingtipUniones entre elementos.Zonas reforzadas.Unión ala-fuselaje.Alojamiento del tren.


Arquitectura del Ala:largueros – costillas - revestimiento


A400M – Estructura del ala - I


A400M – Ala y superficies


A400M - Almacenaje de Combustible


Generales:Fatiga debida a la zona sónica.Carga de las bisagras debidas a flexión excesiva.Inversión en el control de la superficie (control surfacereversal)

Fallos de estructura.Efectividad de la superficie de control.Aplastamiento de las costillas.Soporte de las superficies de control.Soporte de los actuadores.Redistribución de las cargas concentradas.

Borde de entrada:Golpe de granizo.

Estabilizador horizontal:Elevador instantáneoGolpes de viento en T-tail.Maniobras positivas y negativas.Distribución asimétrica de la sustentación.

Estabilizador vertical:Timón de cola instantáneo.Sobre-guiñada dinámicaFallo de motorGolpe de viento lateral

Popa del fuselaje (parte trasera)Redistribución de las cargas derivas horizontal y vertical

Arquitectura de la cola - Cargas soportadas


Arquitectura de la cola - Ejemplos


Arquitectura de la cola - Estabilizador Horizontal


Arquitectura de la cola - Estabilizador Vertical


Arquitectura de la cola – Timón de cola


Arquitectura de la cola - Elevador


Arquitectura de la cola - Ejemplos


A400M - Cola


Arquitectura del fuselaje - IMisiones del fuselaje:

Receptáculo y protección de la carga de pago.Alojamiento de la cabina de tripulación.Estructura central a la que se acoplan las demás estructuras.Alojamiento de diversos sistemas y equipos.

Estructura típica (semimonocasco):Cuadernas – frame

Mantener la forma del fuselajeReducir la longitud de las cuerdas

Largueros - stringer.Distribuir cargas axiales inducidas por flexión

Revestimiento - skin.Debido a la curvatura mayor resistencia en compresión y en cizalladura que el revestimiento de las alas. Fuerzas torsionales.Mantenr la presión de cabina.

Larguerillos del fuselaje – longerons.Distribuir cargas axiales inducidas por flexión

Mampara de presión – pressure bulkhead.Ubicados en puntos de fuerza concentrados (alas, cola, tren de aterrizeje) Estructura bastante grande – distribuir la carga aplicada en los revestimientos del fuselaje.

Zonas reforzadas.Tren de aterrizajeUnión con las superficies sustentadoras.

División en cabina y bodegas.


Arquitectura del fuselaje - II


A400M – Estructura del fuselaje


Estimación de Pesos - IDeterminación de forma estadística. Previo a tener valores más representativos obtenidos mediante modelado en CAD.

Diferentes métodos para estimar el peso de diferentes componentes:Airplane Design – Part V : Component Weight Estimation

USAF MethodGM MethodCessna MethodTorenbeek Method

Método estadísticoRaymer Method

Grupos de pesos para diversas aeronavesAirplane Design – Part V : Component Weight EstimationSirve para determinar mediante comparativas entre los diversos aviones el peso aproximado de algunas de las partes.

Técnicas de normalizados para extrapolar posibles líneas de tendencia


Estimación de Pesos - II


Estimación de Pesos - III


Estimación de Pesos - IVGeneral Aviation Airplanes:

Pesos de ala Cessna Method

USAF Method

Torenbeek Method

Pesos de colaCessna Method

USAF Method

Torenbeek Method


Estimación de Pesos - VGeneral Aviation Airplanes:

Raymer Method


Estimación de Pesos - VICargo Transport Airplanes:

Raymer Method


Estimación de Pesos - VII

Se utilizan factores de corrección sobre las ecuaciones anteriores en función de los materiales empleados y del tipo de estructura


Estimación de Pesos (DAR Corp)

Method for estimating the components of the airplane empty weight(DAR Corporation - Raymer). Las ecuaciones para la estimación de los pesos del ala se diferencianen función del tipo de avión al que se hace referencia siendo estos:

General Aviation AirplanesCommercial Transport AirplanesMilitary Patrol, Bomb and Transport AirplanesFighter and Attack Airplanes


Structure Weight - II


Weight Estimation - Class II Method

Class II Method for estimating the components of the airplane empty weight (DAR Corporation - Raymer).

Divididos en:Class II Structure WeightClass II Powerplant WeightClass II Fixed Equipment Weight


canard Fuselage-payload

wing-engines

tail

Equilibrado de Fuerzas Aerodinámicas y Gravitatorias


BibliografíaAircraft Design: a conceptual approach, D.P. Raymer, AIAA Education Series, 2006.Synthesis of subsonic airplane design, E. Torenbeek, Springer, 1982Airplane Design, J. Roskam, Darcorporation, 1989Dynamics of Flight, Stability and Control, 3rd Ed., B. Etkin y L.D. Reid, John Wiley & Sons, 1996.Céfiro – Diseño de un UAV - Departamento de Ingeniería Aeroespacial, Universidad de Sevilla.A400M The Versatile Airlifter, Technical Review Brochure, © Airbus Military.

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