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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 1DEFAY: 150-XT

Cálculo de Aviones - ULCTCálculo de Aviones - ULCT

150 – XTThe Versatile Freighter

Cálculo de aviones - ULCT


Cálculo de Aviones - ULCT

Grupo 8:

Álvaro CARRASCO

Fanny DUCERF

David GALLEGO

Izabella KASINSKA

Mª Ángeles REQUEREY

Cálculo de aviones - ULCT

150 – XTThe Versatile Freighter


Introducción

Objetivo: •Diseñar un avión de carga versátil.

•Estudio se divide en 5 ramas principales:•Diseño

•Aerodinámica

•Estabilidad

•Estructuras

•Actuaciones

•Cumplir con los requisitos mínimos para este tipo de avión:

•10.000Km

•Mach 0,89

•Payload de 150Tn


Dimensiones

ALA

ESTABILIZADOR HzESTABILIZADOR Vertical

S = 845 m2

b = 74m

MAC = 12,96m

iw = 1,5º

A = 6,31

λ = 0,25

Λ0.25c = 37º

FUSELAJE

Ø = 7m

L = 73m

S = 107 m2

b = 15m

MAC = 8m

A = 2,3

λ = 0,8

Λ0.25c = 36º

A = 5

λ = 0,3

Λ0.25c = 36º

S = 205 m2

b = 73m

MAC = 7m

ih = -2º


ESTUDIO DE PESOS


Pesos – C.G

• We------------MTOW------ 1.consumo de combustible

• 2.distintas cargas• 3.distintas configuraciones• ----Método de estudio-------------------------------• ALA 90922 libras• ESTABILIZADOR HORIZONTAL 12132 libras • ESTABILIZADOR VERTICAL 6326,3 libras • FUSELAJE 85776 libras We = 253 t• LANDING GEAR 56828,2 libras• MOTORES INSTALADOS 81099 libras (X 4) • DEMÁS COMPONENTES 224670 libras


Pesos – C.G

We 253.22 t

Fuel Weight 196.28 t

Tripulación 0.5 t

Carga 150 t

MTOW 600 t

PESOS PRINCIPALES

Cálculo del C.D.G :…. ´según aproximaciones basadas en la cuerda principal del ala… Diferencias según cada elemento

Los resultados son:

Reserva de combustible: 36, 32 toneladas

Peso en aterrizaje: 440 toneladas


Pesos – C.G

Ala 20.8140 m

Cola horizontal 54.5440 m

Cola vertical 44.5085 m

Fuselaje 11 m

Tren de aterrizaje Delantero: -13 mPrincipal: 20 m

Motores Delanteros: 12,6 mTraseros: 21 m

Demás componentes 11 m

PESO (libras)

Xcg (m)

CASO 1 419830 14.8887

CASO 2 476650 14.9079

CASO 3 557750 15.1830

CENTROS DE GRAVEDAD A medida que incluimos….

centro de gravedad con MTOW es de: 17.2311 m

CASO 4 990090 17.6419


Pesos – C.GConsumiendo combustible….

COMIENZO DEL VUELO 17.2311 m

ESTADO INTERMEDIO 16.6795 m

FINAL DELVUELO 15.9271 m


Pesos – C.G¿ Cabe el combustible en el ala?

MTW 590 t

MLW 427 t

MZFW 402 t

• Estudio aproximado del área en planta de nuestro ala

•Consideramos el espesor medio

•Suponemos que como mínimo en el 25% no lleva alojado combustible

•Podría llevar simplemente por capacidad el doble de combustible del que vamos a llevar. Es decir 180 t más

COMPARANDO CON OTROS AVIONES:

A380

We= 252.2 t

592.53 t

427.94 t

402.62 t

Nuestro diseño600 t

440 t403.72 t

We= 253.22 t


Pesos – C.G

MTW 405 t

We 175 t

Rebaja del 3% del peso en vacío

-- Conclusión

-- Usando Materiales Compuestos en lugares convencionales

DISTINTAS DISTINTAS CONFIGURACIONES:CONFIGURACIONES:

C.1 C.2 C.3 C.4 C.5 C. 6 C.7C.7 C.8 C.9 C. 10 C. 11

24 23 22 21 20 19 1818 17 16 15 14

605.7 t


Pesos – C.G

Centros de gravedad fijos:• Ala, trenes de aterrizaje y motores

Centros de gravedad variables:

• Estabilizadores horizontal y vertical, fuselaje y demás componentes

-- Además también tenemos para cada configuración lo que pasaría si pusiéramos distintas cargas de pago

-- Para cada configuración de avión se hace un estudio de los distintos centros de gravedad, en vacío y con carga.

AMPLIO ESTUDIO:


Pesos – C.G

En las distintas configuraciones


ESTUDIO AERODINÁMICO


Aerodinamica - Perfiles

• Perfiles• Ala : NACA 23021

• Estabilizadores NACA 0012


Aerodinámica – Cálculos preliminares

D / T = f(M)

050000

100000150000200000250000300000350000400000

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

M

D /

T [lb

]

T_DespegueT_SubidaT_CruzeroT_EsperaT_Aterrizaje


Aerodinamica - Ala

• Ala : Configuración limpia – Vuelo de subida, cruzero, espera• CLmax• CLalpha

• Ala : Configuración con los flaps – Vuelo de despegue y aterrizaje• Determinación de la superficie sustentadora necesaria• Incremento de sustentación• Clalpha

• Avión : tomar en cuenta el down-wash


Aerodinamica – Curvas sustentación

• Resultados Ala y Avión

CLala=f(alpha)

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

-30 -20 -10 0 10 20 30

alpha [deg]

CL Despegue_Ala

Despegue_Avion

CLala=f(alpha)

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

-30 -20 -10 0 10 20 30

alpha [deg]C

L

DespClimbCruzeroloiterAtt


Aerodinamica - CD

• Calculo del CD• CDo

• Resitencia parasita (tipo de fluido, factor de forma, influencia del mach, interferencias,...)

• Resistencias varias (flaps, tren de aterrizaje, varios)• Resistencia de leakage

• CD inducido• Polar de coeficiente constantes


Aerodinamica - Polar

• Polar

• Si teniamos que seguir...• Reducir el CD• Analisar las diferencias segun los metodos utilizados para los

calculos• Optimizar...


ESTUDIO ESTABILIDAD


Estabilidad – Trimado


Estabilidad – Equilibrio lateral

Con Φ = -5º y motores funcionando:β = -1,7ºδa = -6,73ºδr = 2,07Estudio parada motor:

δr = 3,5º < 20ºVmin = 94m/s < 1,2Vtoδa = 4,5º < 25º

FAR 25

Estudio viento cruzado:

δr = 17º < 20ºδa = 22º < 25º


Estabilidad dinámica

Análisis estabilidad dinámica iniciado e implementado informáticamente:

•Objetivo ver la respuesta de nuestro avión a un impulso.

•Faltó tiempo para analizar los resultados.


ESTUDIO ACTUACIONES


Planta motora: GE90-76B

Especificaciones de Potencia:Ce~0,324 lb/lbfhr

Max. Potencia (sea level): 76.400 Lb

OverallPressureratio atMaximumPower: 39.3

BypassRatio: 8.40

Especificaciones en Crucero:Empuje(lbs): 17.500 Lb

Ce ~ 0,545 lb/lbfhr

Velocidad de crucero: 0,83 M

Dimensiones:Diam máx: 123 in

Longitud: 134 in

Peso en vacio: 15.596 Lb

Etapas turbina baja/alta: 6/2


Actuaciones

p a g o - a l c a n c e d i a g r a m

020 00040 00060 00080 000

100 000120 000140 000160 000

9 737 12 182 13 899

R - alcance [km]

P/L

- car

ga d

e pa

go [

pago-alcance

Carga máxima - 150 000 kg

Alcance - 10 000 km Carga nula - 0 kg

Alcance - 14 000 km


Actuaciones

DISTANCIA DE DESPEGUEStakeoff = 3806 mBFL = 4718 m /según normativas de FAR/

DISTANCIA DE ATERRIZAJESlanding = 2678 mSFAR = 4464 m /según normativas de FAR/

mSSSS CLIMBTRANSITIONROLLGROUNDtakeoff 3806_ =++= mSSSS CLIMBTRANSITIONROLLGROUNDtakeoff 3806_ =++=

FAR 25


Actuaciones

AUTONOMIA

- 11 horas

VUELO DE ESPERA

- 20 minutos- consumo de combustble 0,5 lb/lb/hr


ESTUDIO ESTRUCTURAS


Estructuras – Cargas

CARGAS PRINCIPALES:1. Sustentación2. Peso de los motores3. Peso de la propia estructura4. Peso de combustible5. Cargas del tren de aterrizaje6. Cargas debidas a la carga de pago

ESTUDIO PRINCIPAL EN EL ALA:: sobre las distintas fuerzas que actúan en la parte que queda al aire, cuando acaba el refuerzo

Estudio en cada fase del vuelo, considerando un punto intermedio

Cargas variables: sustentación, peso de combustible

Cargas fijas: peso estructura y motores.

---¿Cómo se han calculado cada una de ellas??.... Aproximaciones


Estructuras – Cargas

MOMENTO RESULTANTE

FUERZA RESULTANTE

DESPEGUE 273 KN*m 16319 KN

SUBIDA - 20435 KN*m 45833 KN

CRUCERO 890 MN*m 53312 KN

ESPERA 198,6 MN*m 12184 KN

ATERRIZAJE 350 MN*m 21195 KN

-- Reconocimiento de las demás cargas y zonas críticas en el avión


Estructuras – Tren de aterrizaje

• 1- Problemática.• 2- Solución.



• Tren delantero (1270x455 R22)



• Tren principal (1400x530 R23 (55x20 R23) )

Problemas:

1- Centro gravedad.

2- Problemas de vuelco.

3- Cargas.



• Estudio realizado.1- Carga máxima estática.2- Carga máxima estática (nose).3- Carga mínima estática (nose).4- Carga dinámica de frenado (nose) (pistas duras).

para 22 ruedas

Max Static load (lb) 55854,00

Max Static load (nose)(lb) 7133,33

Min static load (nose)(lb) 6206,00

Dynamic load(lb) 10554,42

Total dynamic/1,3 (lb) 13605,97

Mayorado por las FAR25



• Conclusión

• Tren válido.• Neumáticos mayorados• Estructura tren principal:- Amortiguador brazos.- Elevador hidráulico.- 2 ruedas.


Estructuras - Puerta de carga

• Configuración pisos.



• 1 RAMPA Y PUERTA DE CARGA

• 2 PUERTAS LATERALES



• Suelo



• Configuración rampa.


Estructuras – Puerta de carga

• Distribución carga interior

1- 96’’x238,5’’x96’’ (14)

2- 96’’x125’’x64’’ (18)


Nuestro avión


Nuestro avión - Conclusiones


Nuestro avión

VIDEO


FIN

¿PREGUNTAS?

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