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PROYECTO ALBATROSS –REV Final Daniel Cortés Benítez Manuel Jiménez Guerrero Carlos Naranjo Pérez Juan José Martínez González Fran Robles Jiménez Manuel Iván Sánchez Montaño Grupo V
Dto. DISEÑO • Evolución en el diseño • Detalles de la geometría • Configuración general y ubicación de sistemas • Nuestro diseño • Modificación.
Dto. Diseño
Diseño inicial: • Bimotor • Ala alta • Cola en T
Diseño Albatros 2.0: • Cuatro motores sobre ala • Ala baja octogonal • Cola estándar
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Diseño en la Rev 3
Dto. DISEÑO
Detalles de la geometría
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. DISEÑO
Configuración general: Exterior e interior.
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. Diseño
Dto. DISEÑO
¿porqué nuestro diseño?
Dto. Diseño
USO DE MATERIALES COMPUESTOS
REDUCCIÓN DE LOS COSTES COMPORTAMIENTO EXCELENTE
SEGURIDAD Y ESTABILIDAD EFICIENCIA AERODINÁMICA
Dto. DISEÑO
Modificación
Dto. Diseño
Dto. Aerodinámica
Aerodinámica Selección de perfil del ala
◦ v
NACA 0014-1.10
Cl_máx Cl0 Cl_alpha Cm0 Cm_alpha
1,467 0,282 6,9264 -0,061 -0,0487
NACA 0014-1.10
Alpha_Cl0=-2.3223 deg Alpha stall=14.5 deg
Aerodinámica Selección de perfil de cola
◦ v
NACA 0014-1.10
Cl_máx Cl0 Cl_alpha Cm0 Cm_alpha
1,492 0 6,81448 0 0
NACA 0012
Estabilizador vertical Estabilizador horizontal
• Forma en planta
• Objetivo: Ala eficiente ▫ Alta sustentación
Flecha borde de ataque Charnela de los flaps
▫ Baja resistencia
Forma en planta octogonal Winglets
Características del ala
Características del ala
Superficie 150 m^2
Envergadura 33,54m
Parte recta 30% de semiala
Estrechamiento 0,66
• Configuración limpia
▫ Comparación curvas del perfil y del ala para crucero con máximo alcance
Características del ala
- Pivotaje alrededor de alpha(CL=0)
- Corrección por alas finitas: CLalpha=6,08747
- Clmáx=1,30563
- Alpha(stall)=12,1664 deg
- CL0=0,2093
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
-10 -5 0 5 10 15 20
Coeficiente de sustentación
Perfil
Ala
Configuración sucia
Análisis de perfiles:
PLAIN FLAPS
Flaps no extensibles
Ventaja: Mayor coeficiente de sustentación
Inconveniente:
Favorece la entrada en pérdida
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Alpha
Cl
Comparación de coeficientes de sustentación para el perfil
Configuración limpiaDespegue (flaps 18deg)Aterrizaje (flaps 40deg)
Configuración sucia
-10 -5 0 5 10 15 20-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
alpha (deg)
CL
Comparación de Coeficientes de sustentación para el ala con flaps y slats
Configuración limpiaDespegueAterrizaje
Incorporación de SLATS
Aumentan el ángulo de entrada en pérdida
Despegue Aterrizaje
Alpha_0L -6,5398 deg -8,6085 deg
CL0 0,5893 0,7757
Clmáx 2,17015 2,38019
Alpha stall 17,54 deg 17,8 deg
CURVA 3D
• Configuración limpia
▫ Comparación curvas del perfil y de la cola para crucero con máximo alcance
Características de la cola
- Pivotaje alrededor de alpha(CL=0)
- Corrección por alas finitas: CLalpha=6,1438
- Clmáx=1,29
- Alpha(stall)=14,12 deg
- CL0=0
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
-10 -5 0 5 10 15 20
Perfil
Cola
Cálculo de la polar
1-. Polar parabólica de coeficientes constantes CD=CD0+kCL^2
2-. Polar mejorada CD=CD0+k’CL^2+k’’(CL-CLmindrag)^2
Se requiere cálculo de CD0, k=k’, k’’, CLmindrag
Solución de compromiso entre máxima Eficiencia de Oswald posible y forma en
planta del ala
Cálculo de la polar Cálculo del coeficiente de resistencia parásita
Cálculo de la polar • Cálculo de la resistencia parásita CD0
Configuración limpia
Subida (1500ft-10000ft)
0,0185
Subida (10000ft-20000ft)
0,0194
Crucero máximo alcance
0,0199
Crucero máxima autonomía
0,0180
Descenso 0,0185
0,0165
0,017
0,0175
0,018
0,0185
0,019
0,0195
0,02
Subida 2 Subida 3 Crucero Espera Descenso
Cdo en configuración limpia
Cálculo de la polar • Contribución al Cdo en crucero de máxima autonomía
23,8547486
31,89944134
4,687150838
2,972067039
19,94413408
0,898698324 9,272122905
6,536312849 0,0734
Fuselaje
Ala
Estabilizador horizontal
Estabilizador verticall
Motores
Misiles
Upsweep
L&P
AN/ALQ 78 +Flir
Cálculo de la polar • Cálculo de la resistencia parásita CD0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
Despegue Subida 1 Aterrizaje
0,048 0,0463
0,0716
Cdo en configuración sucia
Configuración sucia
Despegue 0,048
Subida (50ft-1500ft) 0,0463
Aterrizaje 0,0716
Nuevas contribuciones: -Flaps
-18 deg en despegue -40 deg en aterrizaje
-Tren de aterrizaje -Cdo 0,02 (P3 Orion)
Cálculo de la polar • Contribución al Cdo en aterrizaje
9,895833333
11,60416667
1,716666667
1,089583333
8,466458333
0,38125
9,75
61,05
41,66666667
3,457729167
Fuselaje
Ala
Estabilizador vertical
Estabilizador horizontal
Motores
Misiles
Protuberance
Flaps
Tren de aterrizaje
Upsweep fuselaje
Flir +AN/ALQ 78
Cálculo de la polar Resumen de coeficientes de resistencia parásita
Despegue Crucero
Espera
Aterrizaje
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
Flir +AN/ALQ 78
Upsweep
Protuberance
Misiles
Motores
Estabilizador horizontal
Estabilizador vertical
Ala
Fuselaje
Tren aterrizaje
Flaps
Cálculo de la polar • Cálculo de k
▫ Eficiencia de Oswald
K=1/πAe
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
estrechamiento
e
Eficiencia de Oswald en parte con estrechamiento
Eficiencia de Oswals=0,9374 k=0,04527546
Parte recta Parte con λ
λ 0 0,66
e 0,796 0,998
Área 34,05% 65,95%
Cálculo de la polar • Cálculo de la constante k’’ y de CLmindrag
0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 0.022 0.024-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Cd del perfil del ala
Cl d
el p
erfil
del
ala
CLmindrag=0,161
K’’ es la pendiente de la recta del cd en función de (cl-clmindrag)^2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
0.02
0.022
0.024
(Cl-Clmindrag)2
Cd
del p
erfil
K’’=0,004867
Cálculo de la polar • Comparación de la polar para configuración limpia y sucia
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
cd
CL
Polar mejorada
Subida 2
Subida 3Crucero
EsperaDescenso
DespegueSubida 1
Aterrizaje
Eficiencia aerodinámica
Cruise Loiter
Emáx=17,355
Emáx=18,249
Clópt=0,69
Clópt=0,659
Alphaópt=5,33
5 deg
Alphaópt=4,99de
g 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
CL
E
Eficiencia aerodinámica
Subida 2Subida 3CruceroEsperaDescensoDespegueSubida 1Aterrizaje
Dto. ESTRUCTURAS
Métodos de cálculo empleados
• Raymer Method • GD Method • Aeronaves de características similares
▫ Lockheed C-130 Hércules ▫ Lockheed Electra ▫ Lockheed P3 Orion ▫ C-295
Estructuras
• Pesos iniciales
Elemento Peso(kg)
Wing 4562.43
Horizontal tail 586.71
Vertical tail 346.36
Fuselage 5436.06
Landing gear 1647.78
Nacelle group 839
Estructuras
• Refuerzo en encastres y puntos de unión
Estructuras
• Refuerzo en encastres y puntos de unión ▫ 15% de sobrepeso ▫ Ala: Encastre, unión a los motores, puntas. ▫ Cola: Encastres ▫ Fuselaje: Cajón central, cono de cola.
Estructuras
• Uso de materiales compuestos ▫ Fudge factors W 0.9 Ht 0.88 Vt 0.88 Fus 0.95 Lg 1 Nac 0.95
Estructuras
• Pesos finales
Planta de potencia Elemento Peso
Engine 879.96 kg
Number 4
Power Plant 3519.84 kg
Equipamiento fijo Elemento Peso(kg)
Payload 8269.6
Flight controls 1283.04
Hydraulic & Neumatic System 332.09
Electrical System 786.94
Fuel System 1655
APU 205.3
Inst, avionic & electronic system 899.21
Furnishings 779.43
Air-cond, press & anti- and de-icing 1307.98
Oxigen system 17.09
Relación de pesos Wto 55348.83kg
Ws 13039.78kg
Wpp 3519.84kg
Wfix 15605.19kg
We 32165.31kg
Wfuel 23173.52kg
Posición relativa del c.g. Segmento de vuelo
Peso total (kg)
Eje X (m)
% Lf Eje Z (m)
Take off 55348.83 17.51 46.7 0.72
Cruise I 54730.91 17.51 46.7 0.72
Loiter 49099.11 17.5 46.68 0.79
Land 33897.15 17.41 46.45 1.11
Dto. ESTABILIDAD Y CONTROL • Centrado • Dimensionado de Superficies • Equilibrado Longitudinal • DD. EE. Laterales Direccionales • Equilibrado Lateral
Evolución según posición Ala
SM=13%
16.5m
Posicionamiento
Evolución del CDG
Dto. Estabilidad y Control Dimensionado de Superficies Estabilizadoras y de Control
VTP & Rudder Determinado por la condición de vuelo rectilíneo y viento cruzado de 11.5º
HTP & Elevator
AILERONS Determinado por la Roll Performances de CLASE II
Dto. Estabilidad y Control Equilibrado Longitudinal
Coeficientes del Avión
Trimado
Dto. Estabilidad Equilibrado Lateral
Derivadas de Estabilidad
EOI Motor Crítico en Loiter
Viraje Estacionario en Loiter
Dto. PROPULSION Y ACTUACIONES
Dpto. Propulsion & Performances Objetivos Estudio en precisión de los distintos segmentos del vuelo. Cálculo de la cantidad de combustible necesario. Optimización de las actuaciones.
Propulsion
0,00
5000,00
10000,00
15000,00
20000,00
25000,00
50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00
Po
we
r (H
P)
Speed (kts)
Power Available Vs Power Required
Pav-SL
Preq-SL
Pav-10000ft
Preq-10000ft
Pav-20000ft
Preq-20000ft
Pav-30000ft
Preq-30000ft
Propulsion
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00
Th
rust
(N
)
Speed (kts)
Thrust Available Vs Thrust Required
Tav-SL
Treq-SL
Tav-10000ft
Treq-10000ft
Tav-20000ft
Treq-20000ft
Tav-30000ft
Treq-30000ft
Propulsion
0,3500
0,3700
0,3900
0,4100
0,4300
0,4500
0,4700
0,4900
0,5100
0,5300
0,5500
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00
ES
FC
(lb
f/h
/ES
HP
)
Speed (kts)
ESFC Normal Rating
Sea Level 10000ft 20000ft 30000ft
Propulsion 4 engines, scale 1 Power settings Maximum Range Cruise Power 2575HP/engine Maximum Endurance Cruise Power 3442HP/engine Maximum Speed Power (Max. TO) 4419HP/engine
Performances Estudio detallado de las actuaciones de cada tramo y
de las cantidades de combustible
Take Off
• Normal Take Off Power • Vstall Take Off = 100,92kts • TOD = 907,6m
▫ Ground roll = 495,16m ▫ Transition to climb distance = 412,46m
• Fuel Quantity = 23,2kg
0 1000
Carrera despegue Distancia transición
Performances Climb I
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00
Ra
te O
f C
lim
b (
ft/m
in)
Speed (kts)
Best Climb @ Sea Level
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 100 200 300 400
Ra
te O
f C
lim
b (
ft/m
in)
Speed (kts)
Best Climb @ 1500ft
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 Ra
te O
f C
lim
b (
ft/m
in)
Speed (kts)
Best Climb @ 10000ft
0 200 400 600 800
1000 1200 1400 1600
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00
Ra
te O
f C
lim
b (
ft/m
in)
Speed (kts)
Best Climb @ 20000ft
Performances
Climb I Normal Climb Power VclimbI = 116,5kts 3275ft/min VclimbII = 191kts 3323ft/min VclimbIII = 195kts 2431ft/min VclimbIV = 260kts 1350ft/min Theoretical Ceiling = 32000ft (Aprox.) Fuel Quantity = 593,3kg
30
157
196
211
Consumos (kg) 1er tramo 2º tramo 3er tramo 4º tramo
Performances
Cruise I (Maximum Range Cruise) Vmax range = 287,6kts Preq(350kts/28000ft) = 8390HP Pav = 10300HP → Vcruisemax = 380kts Preq/Pav = 0,81 Fuel Quantity = 5084kg
Performances
Descent I Idle Vdescent = 350kts Rate of descent = 1306ft/min Fuel Quantity = 547kg
Performances
Loiter (Maximum Endurance Cruise) Vmax endurance = 147kts Preq(225kts/1500ft) = 5284HP Pav = 13768HP → Vcruisemax = 303kts Preq/Pav = 0,384 Fuel Quantity = 9329kg
3.Performances Climb II
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00
Ra
te O
f C
lim
b (
ft/m
in)
Speed (kts)
Best Climb @ 1500ft
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00
Ra
te O
f C
lim
b (
ft/m
in)
Speed (kts)
Best Climb @ 20000ft
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 R
ate
Of
Cli
mb
(ft
/min
) Speed (kts)
Best Climb @ 10000ft
3.Performances
Climb II Normal Climb Power VclimbI = 152kts 5200ft/min VclimbII = 195kts 4000ft/min VclimbIII = 260kts 2500ft/min Theoretical Ceiling = 32000ft (Aprox.) Fuel Quantity = 368kg
107
124
150
Consumos de cada tramo (kg)
1er tramo
2º tramo
3er tramo
Performances Cruise II (Maximum Range Cruise)
Vmax range = 274kts; Preq = 5523HP Preq(350kts/28000ft) = 6124HP Pav = 10300HP → Vcruisemax = 396kts Preq/Pav = 0,69 Fuel Quantity = 4386,2kg
Performances
Descent II Idle Vdescent = 350kts Rate of descent = 1442ft/min Descent time = 18,7 min Fuel Quantity = 505kg Descent Distance = 109nm
Performances
Landing Idle/Reverse Vstall Landing = 75kts LD = 1727m
▫ Approach distance = 500m ▫ Flare distance = 13m ▫ Free Roll Distance = 134m ▫ Braking distance = 393m
Fuel Quantity = 13kg
Performances
Approach Fuel Quantity = 600kg Taxi Fuel Quantity = 400kg
Maximum Speed Preq(450kts/15000ft) = HP Pav = 17676HP → Vmax = 434kts
Performances Segmento Cantidad Fuel (Kg) Despegue 23,18 Ascenso I 593,31
Crucero Máx. Alcance I 5084,41 Descenso I 547,14
Crucero Máx. Autonomía
9328,56
Ascenso II 380,75 Crucero Máx. Alcance II 4386,17
Descenso II 504,80 Aproximación 600
Aterrizaje 13,10 Taxi 400
Combustible Total 21861,42 Contingencias +6% 23173,10
Performances
0%
4%
41%
4%
40%
3% 0% 2%
6%
Combustible
Take Off
Climb
Cruise
Descent
Loiter
Approach
Landing
Taxi
Contingencias
Performances
Optimización de las actuaciones Loiter Vmax endurance = 134kts Fuel Quantity = 5683kg Δ Fuel = 3646kg Time = 13,13h Δ Time = 5,13h
Performances
Optimización de las actuaciones Cruise I Cruise II Vmax range 288kts 274kts Fuel Quantity 4851kg 4501kg Δ Fuel -237kg 115kg Time 3,83h 4,1h Δ Time 41 min 53 min
Performances
Optimización del combustible de la misión Cruise I a velocidad de máximo alcance. Loiter a velocidad de máxima autonomía. Ahorro de 3883kg. Incremento de tiempo de la misión 41 min.
Performances V-n Diagram. JAR 25
n design positive = 3 oVA (Design Maneuvering Speed) = 338kts oVC (Min. Design Cruising Speed) = 410kts oVD (Min. Diving Speed) = 513kts
n ultimate positive = 5 n design negative = -1
oVs = 195kts n ultimate negative = -1,5
Performances V-n Diagram
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 100 200 300 400 500 600
Lo
ad
Fa
cto
r, n
Speed (kts)
V-n Diagram
V-n n_design V_Diving V_Stall
V-n Neg n_design Neg Vc-Vd V_Stall Neg
Performances
Gust Load Factor Line VC Gust Line
on limit positive = 3,7 on limit negative = -1,7
VD Gust Line on limit positive = 2,7 on limit negative = -0,7
V-n Gust Diagram. JAR 25
Performances V-n Gust Diagram. JAR 25
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 100 200 300 400 500
Lo
ad
Fa
cto
r, n
Speed (kts)
V-n Gust Diagram
0 - B' B' -C' C' - D' D' - E' E' - F'
F' - G' G' - 0 Vstall Pos Vstall Neg
Performances Diagrama Carga de pago – Alcance
• OEW 23255,7kg • Carga de pago máxima 8919kg • TOW 55388,4kg • Combustible de la misión 23173,1kg
• Distancia recorrida 4606nm/8530km • Loiter a Vmaxendurance 5204nm/9638km • Máximo alcance (con reserva) 6893nm/12766km • Máximo alcance (sin reserva) 7241nm/13410km
Performances
10000
20000
30000
40000
50000
60000
-1000 1000 3000 5000 7000 9000 11000 13000 15000
We
igh
t (k
g)
Range (km)
Pay Load - Range Diagram
ZFW
OEW
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