Post on 07-Sep-2020
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 1
Estructuras DetalladasCargas
Sergio Esteban Roncero Departamento de Ingeniería Aeroespacial
Y Mecánica de Fluidos
Tema 13.1
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Lifetime Safety Cycle Entender el ciclo de seguridad a lo largo de la vida útil de un aeronave
2
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Safety Wheel
3
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Design Process
4
Criterios de Diseño
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Desarrollo y Pruebas
5
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 6
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 7
Criterios Diseño Estructural
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Cargas Design Loads:
Ultimate Loads Limit Loads Operating Loads
8
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 9
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 10
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 11
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 12
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 13
Envolvente Xcg
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 14
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Cargas Externas Control Surfaces
Roll Maneuver Yawing Maneuver
Turbulencias Atmesfericas Termales Winjd shears Jet stream
Tren de Aterrizaje Two point and three point level landing Max wheel loads, level landing Tail down landing One-wheel landing Lateral drift landing Take-off run Braked roll Ground turning Nose wheel yawing Pivoting Towing
Aerodynamic Surfaces
15
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Control Surfaces Loads
16
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
17
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
18
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
19
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
20
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
21
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
22
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
23
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
24
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
25
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
26
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Landing gear loads
27
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Ejemplos Esfuerzos - I
28
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Ejemplos Esfuerzos - I
Teoría de Resistencia de materiales. Modelos viga empotrada por uno de sus extremos.
29
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Ejemplos Esfuerzos - I Canard: Distribución 30 - 70 de los esfuerzos totales calculados con el modelo de la
viga empotrada: Ejemplo: Boom soporta el 30% de los esfuerzos y el encastre, junto al fuselaje soporta el 70% restante.
Ala: Distribución es de 60% para el encastre junto al fuselaje, el 25% para el encastre de la unión Boom - Fuselaje y el 15% restante para el encastre que soporta el resto del Ala.
Vertical y de un motor: Esfuerzos calculados de una manera tradicional, obteniéndose sus esfuerzos asociados mediante brazos y fuerzas
Tren de aterrizaje: modelo para cuando se encuentra estacionada la aeronave y otro para cuando está en fase de rotación tanto en el despegue como en el aterrizaje. Para el caso de estacionamiento en tierra, se ha calculado también de una manera tradicional mediante fuerzas y brazos de momentos, repartiendo el 10% del peso al tren delantero, 80% al tren principal y 5% a cada uno de los dos trenes laterales.
En cuanto a la rotación se ha tomado un factor de carga de 1,3 con una sustentación del 60% del peso, un ángulo de rotación de 15 grados y un ángulo de empuje de motor de 0 grados.
30
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Esfuerzos Superficies
31
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Ejemplo Esfuerzos
32
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Esfuerzos Tren y Motor
33
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Ejemplo Esfuerzos
34
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Cálculo Requisitos Estructurales
Estudio de las cargas de un aeronave: Ejemplo Cessna 172 Skyhawk Structural Design Loads Wing Torsion Wing Skin and Spar Web Thickness Wing Bending Flexure Combined Flexure and Torsion
35
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
General information Cessna 172 Skyhawk - I
36
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
General information Cessna 172 Skyhawk - II
37
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
General information Cessna 172 Skyhawk - II
38
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
General information Cessna 172 Skyhawk - III
39
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
V-n Diagram
40
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Structural Design Loads - I
41
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Structural Design Loads - II
42
FS = 1,5
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Structural Design Loads - III
43
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Structural Design Loads - IV
44
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Structural Design Loads - V
45
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Structural Design Loads - VI
46
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Structural Design Loads - VII
47
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Structural Design Loads - VIII
48
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Wing Torsion - I
49
Coeficiente de momentosPresión dinámica máxima
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Wing Torsion - I
50
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Wing Skin and Spar Web Thickness - I
51
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Wing Skin and Spar Web Thickness - II
52
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Wing Skin and Spar Web Thickness - III
53
Cuidado unidades ft & in!!!
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Wing Bending (flexure) - I
54
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es
Wing Bending (flexure) - I
55
Cuidado Bending moment el lb*ft!!!
Cálculo de Aeronaves © Sergio Esteban Roncero, sesteban@us.es 56
Bibliografía Airframe Structural DesignDesign: Practical Design Information and
Data on Aircraft Structures, MICHAEL CHUN-YUNG NIU, 1988. Design Philosophy, Design and Analysis of Aircraft Structures, Dr.
Douglas S. Cairns, http://www.coe.montana.edu/me/faculty/cairns/Introduction%20to%20Aerospace-Web/04-DesignPhilosophy.pdf