Tema 01 - Configuración

5/12/2018 Tema 01 - Configuración - slidepdf.com

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1Cálculo de Aviones Tema 1 Configuración General Curso 2009/2010 - Juan A. Díaz - [email protected]

Tema 1Tema 1

Configuración generalConfiguración general


ContenidosContenidos:

IntroducciónFuselaje

Ala

Planta PropulsoraSuperficies de Cola

Tren de Aterrizaje

Anexo 1. Nº de motores en un avión comercial

Anexo 2. Configuraciones no convencionales

Anexo 3. El diseño de los Boeing B-47 y 707

Anexo 4. Consideraciones especiales en el diseño de configuración

Anexo 5. Preguntas y aclaraciones de años pasados



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IntroducciónIntroducción

Durante la primera sesión vamos a repasar laconfiguración de los aviones, especialmente los de

trasporte subsónico.

El objetivo es conocer porqué las partes de un avión están

donde están y tienen la forma que tienen, para determinar

“formas” que puedan servir para iniciar el diseñoFuselaje: forma y características

Ala: forma, posición horizontal y vertical, dispositivos

hipersustentadores

Superficies de cola: forma, disposición

Planta propulsora: ubicación, númeroTren de aterrizaje: configuraciones, geometría

Y las posiciones relativas entre ellas, relaciones e

interacciones



No hay criterios absolutos ni soluciones únicas al decidir

una u otra configuración. Nos basamos en:Las especificaciones

Los requisitos de aeronavegabilidad y certificación

La experiencia previa y/o los aviones semejantes

Innovación, creatividad, filosofía dominante en el proyecto,

sentido del ingeniero (según Raymer, se trata de lo que un

ingeniero pinta en la servilleta cuando lee la especificación)

Aviones semejantes: lo primero que hace un ingeniero es ver

qué han hecho otros para resolver el problema. Es un buen comienzo

determinar una lista (5-7) de aviones semejantes y recopilar sus

características y geometrías (tres vistas). La Biblia es el Jane’s All the

World Aircraft, pero hay muchísima información en Internet. En nuestro

caso los aviones semejantes suplen la experiencia previa que todo

fabricante dispone en un diseño evolutivo



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Factores determinantes en la selección de la configuración:Seguridad, el más importante

Requisitos funcionales (que cumpla con las especificaciones

mejor que la competencia)

Criterios económicos: que el nuevo concepto mejore el coste de

ciclo de vida=coste avión+tripulación y gastos servicio+coste de

desprenderse del avión al final de su vida. Si no se prevé que el

nuevo avión mejore el coste de ciclo de vida de los productos

existentes en un 5-10% no tiene mucho sentido iniciar un nuevo

diseño, ya que no será atractivo para el usuario

Capacidad evolutiva: el futuro es incierto y la vida del diseño

puede extenderse durante más de 50 añosEnvolvente de vuelo o actuaciones



Introducción

FuselajeAla

Planta Propulsora

Superficies de Cola

Tren de Aterrizaje








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FuselajeFuselaje

MisionesContiene la carga de pago

•Pasajeros

•Carga

Normalmente contiene el cockpit

Elemento estructural que une las partes del avión

Contiene la mayoría de los sistemas del avión

ConsideracionesContribuye enormemente a la resistencia aerodinámica

Su volumen debe ser suficiente y su forma flexible

La estructura debe ser resistente, rígida y ligera

Su forma contribuye a las características de estabilidad y control

Compromiso

Transporte de personas

Transporte de mercancías

Transporte militar

Compromiso


FuselajeFuselajeSecciones típicas

.

La sección típica es circular por

consideraciones aerodinámicas y

estructurales (especialmente si

el fuselaje está presurizado)

En Roskam Part III hay una cantidad

inmensa de datos sobre secciones,

tamaños de personas, asientos,

contenedores, galleys, etc



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FuselajeFuselajeUn tubo cilíndrico de sección constante no es la mejor

forma aerodinámica. Pero es la más práctica

Sección constante (ventaja estructural, de fabricación y de

acomodación interna)

Permite versiones alargadas (“familias”)

El fuselaje del Lockheed

Constellation era más

eficienteaerodinámicamente (y

mucho más bonito),

pero el Douglas DC-6

permitía ofrecer varias

versiones a lasaerolíneas yconfiguraciones

flexibles


FuselajeFuselajeAl final prima la flexibilidad en los aviones comerciales

Todos ofrecen configuraciones internas a medida

Todos ofrecen versiones alargadas y acortadas



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Introducción

Fuselaje

AlaPlanta Propulsora

Superficies de Cola

Tren de Aterrizaje

Anexo 1. Nº de motores en un avión comercialAnexo 2. Configuraciones no convencionales





AlaAla

Para el Ala en esta fase debemos decidir Forma en planta

Posición vertical respecto el fuselaje

Posición longitudinal respecto el fuselaje

Interferencias Ala-Fuselaje

Consideraciones para la forma en planta:Alargamiento (A=envergadura/cuerda media): a mayor

alargamiento menor resistencia inducida, pero mayor complejidad estructural

Estrechamiento (λ=cuerda en el borde/cuerda en el encastre):

mejora la distribución de sustentación en envergadura (más elíptica), pero

aumenta la complejidad de fabricación. Cuidado con Re en los bordes

marginales

Flecha (Λ=ángulo cuerda media aerodinámica): mejora el

comportamiento a altas velocidades pero empeora todo lo demás (estructura

más pesada, engrosamiento capa límite en la parte exterior)



7


AlaAla

Formas en planta típicas:Ala recta (λ =1, Λ≈0): muy barata y sencilla de fabricar,

pero aerodinámica y estructuralmente mala

Ala trapezoidal (λ <1, Λ≈0): mejora aerodinámica y

estructural, más compleja de fabricar. Un compromiso son

los extremos trapezoidales (tipo “Cessna”)

En el extremo tenemos un ala elíptica: distribución de

sustentación casi elíptica, pero muy difícil de fabricar

Alas en flecha positiva (λ <1, Λ>0): disminuye los

problemas de compresibilidad en el vuelo a altasvelocidades, pero es más pesada y compleja de fabricar. El

engrosamiento de la capa límite hacia el exterior puedeprovocar problemas de mando en los alerones. Puede

haber problemas aeroelásticos. En general lo mejor es quela flecha sea la menor posible sin que aparezcanproblemas de compresibilidad


AlaAla

Posición vertical respecto el fuselaje:

Ala alta: Típico de transportes

militares, algunos aviones de

pasajeros y avionetas

VentajasBodega de carga despejada

Piso horizontal y bajo, mejora la carga y descargaDeja libre el extradós: mejora aerodinámica

Facilita la ubicación de los motores en las alas

Disminuye efecto suelo en aviones STOL y facilita el uso

de los dispositivos hipersustentadores

Permite atirantar por el intradós (braced-wing)

DesventajasUbicación del tren

Si está en el fuselaje la vía es estrecha y requiererefuerzo en el fuselaje para trasmitir las cargas

Si está en el ala (normalmente plegándose en la

góndola de los motores), resulta muy largo y pesado



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AlaAla

Ala media: Típico de aviones decombate y entrenadores militares

VentajasLa mejor configuración para mínima resistencia en vueloa alta velocidad

Minimiza las interferencias ala-fuselaje

DesventajasLos largueros atraviesan el fuselaje por lo que interfieren

con las posible bodegas o cabinas

La solución del HFB 320: una f lecha

negativa para que los largueros pasenpor detrás de la cabina de pasaje (si se

pueden resolver los problemasaeroelásticos de una flecha negativa)


AlaAla

Ala baja (o media-baja):Típico de los aviones de transporte comercial

VentajasUso eficiente del suelo inferior, el larguero

atraviesa el fuselaje por debajo del piso de la

cabina de pasaje

Las bodegas de carga son accesibles desde

el sueloLos trenes de aterrizaje pueden ser más

cortos y recogerse en las góndolas de los

motores o en el encastre del ala

DesventajasLos motores en las alas se encuentran cercadel suelo

El piso de la cabina se encuentranecesariamente alto (no es una desventaja en

aviones de pasajeros)



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AlaAlaPosición vertical, consideraciones de rendimiento:

Efecto sueloSe trata de la disminución de la resistencia inducida al acercase al suelo. Es más

acusado con ala baja, por estar más cercana al suelo

En principio disminuye la distancia de despegue, pero si hay separación por flujo reverso en

los flaps (más peligroso con ala baja), la distancia puede aumentar: el ala alta permite el uso

de unos flaps más potentes

Un efecto suelo muy acusado dificulta el aterrizaje (el avión “flota”)

Efecto suelo y downwash en la colaLa superficie horizontal vuela en la influencia del ala, que produce una deflexión hacia abajo

(downwash) de forma que el ángulo de ataque del estabilizador horizontal se ve reducido por

este ángulo de downwash

Al entrar en efecto el ala aumenta su sustentación (efecto transitorio), pero con un menor

ángulo de doswnwash. La disminución del downwash produce un aumento en al ángulo de

ataque del estabilizador y por tanto un incremento de sustentación en el mismo, provocando

un momento de picado

Sin embargo el aumento de la sustentación en el ala produce un momento deencabritamiento que puede compensar, o no, el anterior

En general con un ala alta se produce un momento neto de picado que puede requerir unas

superficies de mando horizontales mayores. Con ala baja ambos momentos pueden llegar a

compensarse de forma que el avión haga “flare” en aterrizaje sin tocar los mandos. En la

práctica es imposible predecir cuál será el efecto neto


AlaAlaConsideraciones de estabilidad

Ala baja (Γ>0 siempre)El centro de gravedad está por encima del ala

El flujo efectivo del fuselaje ante un resbalamiento es desestabilzante

Afecta positivamente al amortiguamiento del “dutch roll”

Se requiere un ángulo diedro positivo (en alas rectas unos 3º más que con ala alta)

Ala alta (Γ≤0 casi siempre)El centro de gravedad está por debajo del ala

El flujo efectivo del fuselaje ante un resbalamiento es estabilzante

Afecta negativamente al amortiguamiento del “dutch roll”

Requiere menos diedro o incluso diedro negativo para amortiguar el “dutch roll”

Consideraciones de seguridad:Ala baja

En caso de aterrizaje de emergencia, si los motores están en las alas estos son grandes

masas absorbentes de energía

El combustible está en las alas. En caso de aterrizaje de emergencia hay más riesgo de

incendio

Ala altaEn aterrizajes forzosos el fuselaje está más expuesto

En amerizajes el fuselaje puede quedar sumergido: es necesario prever escapes por el

techo de la cabina o barreras para evitar la entrada de agua



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AlaAla

Posición horizontal respecto el fuselaje:Queda determinado por el centrado de masas

Se debe prever la flexibilidad en el desplazamiento horizontalpara cuando se calculen

con precisión los pesos

Interferencia fuselaje-ala:Siempre se produce una interferencia entre las capas límites del fuselaje y del ala, que

pueden producir desprendimientos y torbellinos de alta energía a altos ángulos de ataque y/o

velocidades transónicas, pudiéndose producir problemas de aeroelasticidad (buffeting)

El ala alta se ve mucho menos afectada que el ala baja

En ambos casos los problemas se pueden resolver satisfactoriamente mediante

carenados en el encastre(carenados de von Karman) que también pueden ayudar a

cumplir la regla del área para altas velocidades transónicas y plegar el tren en ala baja

En cualquier caso el ala alta es superior para altos ángulos de ataque



Introducción

Fuselaje

Ala


Tren de Aterrizaje








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Planta PropulsoraPlanta Propulsora

Para la Planta Propulsora debemos decidir Selección del tipo de motor

Número de motores

Posición de los motores

Tipo de motores disponibles:Alternativo (hasta unos 500 hp).

Turbohélice

Reactor (puro y turbofan)

Otros (cohetes, ramjets, y tecnologías experimentales como

scramjets o pulse detonation jets)



Consideraciones para la selección:Envolvente de vuelo: las hélices son muy eficientes por debajo de M≈0.5, pero por

encima pierden eficiencia por comprensibilidad en la punta de las palas

Consumo específico: los motores alternativos tienen el

menor consumo específico, seguido de los turbohélices (aunque

estos queman queroseno, que es más barato). Los reactores

tienen un consumo específico mayor (y mayor cuanto menor es la

relación de derivación)Peso total=motor+combustible misión: pesos

específicos típicos sin combustible, alternativo≈0,5-0,8Kg/hp,

turbohélices ≈0,15-0,25Kg/hp, turbofan ≈0,15-0,25Kg/KgEmpuje,

reactor puro ≈0,25-0,35Kg/KgEmpuje

Tamaño y peso de la instalación

CosteInicial de adquisición

De mantenimiento (revisión mayor u overhaul)

Ruido y vibraciones

Percepción del pasajero: no le suelen gustar las hélices



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Número de motores:Los aviones civiles de MTOW≥5.700 kg (certificados CS/FAR25) deben tener al

menos dos motores para poder seguir volando en caso de fallo de motor: prima la

seguridad

Cuanto menor sea el número de motores, menor es el gasto de adquisición y

mantenimiento. Durante muchos años los aviones de corto alcance tendían a ser

bimotores y los de medio y largo alcance eran tri y cuatrimotores. Sin embargo en la

actualidad los aviones de largo alcance son bimotores, gracias a los avances en la

fiabilidad de los motores (operaciones ETOPS)

En el anexo 1 se hace una discusión sobre las normas certificación y el número de

motores (gradiente de subida en el segundo segmento)

Posición depende del número, tipo y tamaño:Motores turbofan en Ala (colgados de ella en pods):

Ventajas•Aerodinámicamente es indiferente. Se ha conseguido que el comportamiento del motor+ala se asemeje

mucho al del ala sola

•Estructuralmente es una gran beneficio, pues el peso en las alas compensa en gran medida las cargas de

flexión. El fuselaje es más ligero pues no requ iere refuerzo en la cola

•Por seguridad es mejor: los conductos de combustible son más cortos pues el combustible está en las alas

y los motores son masas absorbentes de energ ía en caso de aterrizaje forzoso



Motores turbofan en Ala:

Desventajas•El tren de aterrizaje debe ser más alto

•Los motores están más expuestos a tragarse la suciedad

de la pista en despegues y aterrizajes

Motores turbofan en parte trasera del fuselaje:

Ventajas: tren más corto, motores más protegidos

Desventajas:•Suelen presentar más dificultad en el peso y cen trado

(más variación del Xcg)

•Estructura más pesada tanto por el ala como por el

fuselaje

En general un avión con los motores en la

parte trasera suele ser algo más pesado. El

ala en un avión en esta configuración debe estar

más retrasada. Es más frecuente en aviones

pequeños y de corto alcance (hacen más

aterrizajes y compensa la mayor robustez del

tren y de la estructura)En el Anexo 3 hay una historia de cómo se llegó históricamente a

la configuración “standard”



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Introducción

Fuselaje

Ala

Planta Propulsora

Superficies de ColaTren de Aterrizaje






Superficies de colaSuperficies de cola

Disposiciones básicas:A1 Convencional estabilizador bajo:

estructuralmente robusta (separación de los

estabilizadores). La habitual en aviones con motores

bajo las alas.

A2 y A3 Estabilizador cruciforme y en T:Para

evitar el chorro de los motores o cuando estos se

encuentran en la cola. Requiere una estructura para

la deriva mucho más robusta. La deriva de una cola

en T es más pesada pero puede ser más pequeña.

Se debe tener especial cuidado con las vibraciones

aeroelásticas

B1 dos derivas en extremos del estabilizador:

Si la deriva es muy grande el centro aerodinámico

está alto y se produce un momento de balanceo

adverso apreciable. También reduce la altura total

del avión (para meterlo en hangares o portaviones)

B2 Doble fuselaje: elección lógica cuando hay doble fuselaje

C en V o mariposa: si se quiere evitar una cola en T y alejar las superficies del chorro de gases.

Cierta complejidad en las superficies de mando (combinación de timones de profundidad y dirección)



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Superficies de colaSuperficies de cola

Consideraciones para la ubicación:Nunca deben estar directamente expuestas al chorrodel motor. En caso de asimetría de

empuje sería prácticamente imposible el control. Normalmente e la configuración A1 el

estabilizador horizontal tiene un ligero diedro para alejarlo de los chorros

Efectos de la estela del ala. Los estabilizadores están afectados por la estela del ala

(downwash), que varía con la sustentación de la misma (ej fuertemente al bajar los flaps, o a

elevados ángulos de ataque). La estabilidad estática se puede ver afectada por los regimenes de

vuelo. El efecto disminuye colocando el estabilizador horizontal muy alto o muy bajo, si es posible

Comportamiento en pérdida y recuperación de la misma. Cuando el ala entre en pérdida

idealmente los estabilizadores de cola y las superficies de mando deben poder seguir actuando. Si

el ala entra en pérdida por el encastre, puede producir una gran turbulencia que haga inefectivos

los estabilizadores (tampoco debe entrar en pérdida por las puntas ya que dejaría inefectivos los

alerones). Normalmente se diseña el ala para que entra en pérdida a la mitad de cada semiplano

Recuperación de barrenas. Los timones de dirección y

profundidad deben seguir siendo efectivos en una

barrena para poder salir de ella. Durante la barrena

ninguna superficie debe quedar en “sombra

aerodinámica”. El peligro es que la deriva quede en

sobra del estabilizador horizontal, que debe ubicarse

longitudinalmente con esta consideración. La

configuración en T es una de las más afectadas (no

existen muchos aviones acrobáticos con cola en T)



Introducción

Fuselaje

Ala


Tren de Aterrizaje








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Tren de aterrizajeTren de aterrizaje

Tipos (el tren y la geometría de su retracción debe considerarse la fase inicial de la configuración):

“Clásico” con rueda de cola

Es muy robusto (adecuado para aviones STOL) pero presenta

bastantes desventajas por lo que está prácticamente en desuso

•Al frenar fuerte hay peligro de capotaje (vuelco hacia delante)

•La fuerza de frenado actúa por delante del Xcg los que produce

inestabilidad lateral

•En un aterrizaje fuerte en dos puntos el impacto hace que se

eleve el morro y el avión pueda rebotar

•La inclinación hace que el piloto no vea demasiado en tierra y sea

sensible al viento

•Resistencia alta en momentos iniciales del despegue hasta que

se levanta la cola

•El piso de la cabina está inclinado los que es incómodo para el

pasaje y la carga“Tándem”: ruedas en el fuselaje normalmente a la misma distancia delante y detrás del Xcg

“La ventaja es que las ruedas pueden retraerse en el fuselaje sin

afectar al ala pero

•Puede ser necesarias ruedas exteriores para mantener el

equilibrio

•Difícil rotación en despegue y actitud muy precisa en

aterrizaje

•Sólo se utiliza en casos especializados


Tren de aterrizajeTren de aterrizaje“Triciclo” con rueda de morro

Es la configuración standard en casi todos los aviones hoy en día,

ya que presenta numerosas ventajas

•La fuerzas de frenado (tren principal) está por detrás del Xcg, por

lo que se produce un efecto estabilizador

•El fuselaje en tierra se encuentra prácticamente horizontal

•La visión del piloto hacia delante es buena

•No hay tendencia a capotar con frenadas fuertes

•La resistencia en la fase inicial del despegue es reducida

•En una aterrizaje en dos punto el impacto sobre el tren principalhace que haya un par de picado, por lo que hay menos tendencia

al rebote

•En general facilita el taxi, el aterrizaje y la utilización de los frenos

Tipos especiales

A320

Piper PA28

Alta flotabilidad en aviones de carga militares, con

multitud de ruedas para mejorar el comportamiento en

terrenos no preparados

Hidroaviones y anfibios. El fuselaje está configurado

como un casco de hidroplaneo y hay provisión para la

retracción del tren



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Introducción

Fuselaje

Ala

Planta Propulsora

Superficies de Cola

Tren de Aterrizaje






Nº de motoresNº de motores

En los aviones comerciales el número mínimo de motores debe ser de 2. Cualquie r avión debe ser capaz de volar con

un motor inoperativo y mantener unas prestaciones suficientes como para poder hacer las maniobras adecuadas.

Las normas de certificación (EASA CS25 o FAR 25 para aviones de más de 5.700 Kg de peso máximo en despegue)

favorecen que el número de motores sea mayor, imponiendo criterios de pendiente de ascenso en caso de fallo de

un motor en despegue.

En concreto en la CS25.121 Climb:One engine inoperative, se especifica que durante el segundo segmento de

ascenso la pendiente de ascenso con el motor crítico inoperativo no puede ser menor de 2 .4% para aviones de dos

motores, 2,7% para los de tres y de 3,0% para los de cuatro. El segundo segmento es la fase de ascenso inmediata al

despegue con el tren plegado pero con el resto del avión en configuración de despegue (flaps en posición de despegue,

y sin efecto suelo). En ese momento el avión debe estar volando como mínimo a V2 (velocidad de seguridad en

despegue) que se define en relación a la velocidad de pérdida (CS25.107).

Esto ¿qué impacto tiene sobre el número de motores? Necesitamos plantear alguna ecuación de mecánica del vuelo(ref Torenbeek cap 5.4.3).

Planteamos el equilibrio entre sustentación L, peso W, empuje

T y resistencia D para una ángulo de ascenso γ. Proyectamos

sobre la trayectoria del ascenso y su perpendicular 0·cos

0·

=−

=−−

γ

γ

W L

senW DT

Tras el fallo del motor más crítico a la velocidad V=V2 como γ<<1 →cosγ≈1, sen γ ≈ γ

Por tanto la ecuación para el empuje requerido durante este segundo segmento

(subíndice 2) es

=

+=

22

2222

W L

W DT γ 2

22

2

2

2

2

2

2γ γ +

=→+=

L

D

C

C

W

T

L

D

W

T

Si en ascenso falla un motor, llamando TU2 al empuje unitario de un motor, tenemos disponible

Es decir tenemos (Eq1) Por otra parte en despegue (Eq2)

( )22

·1U eT T −=

( )2

22

2·1

γ +

=

−

L

DU e

C

C

W

T

to

Utoe

toW

T

W

T ·=



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Nº de motoresNº de motores

Supondremos unos valores típicos para un avión de transporte comercial:

Wto≈W2=110 tons≈1.1x106N

Lift/Drag ratio a V2 → (L/D)2=(CL/CD)2=9.0 (según métodos estimación Torenbeek)

Thrust Lapse a V2 → TU2/TUto=0.85

Con estos datos podemos estimar el empuje requerido para un avión de dos, tres y cuatro motores

Number of Engines Ne 2 3 4

Minimun Climb Gradient γ (%) 2,4% 2,7% 3,0%

(T/W)to required 0,318 0,244 0,221

SLS required total Tto (N) 349.699 268.098 243.486

SLS per engine (N) 174.850 89.366 60.871

Potencia total sobre avo 4 motores 144% 110% 100%

Es decir que la norma de certificación de gradiente de ascenso con fallo de un motor en el ascenso exige que la

potencia al despegue sea un 44% mayor en un avión con dos motores que en un avión de cuatro motores. Losrequerimientos de potencia al despegue en un avión de dos motores son brutales en comparación con la potencia

necesaria en crucero

Pese a ello la mayoría de los aviones de t ransporte, incluso los de largo alcance, llevan dos motores. Esto es así

por razones económicas ya que el coste del los motores es un porcentaje muy alto del coste total del avión y hay

“economías de escala” al instalar menos motores, pero más grandes

Si dividimos Eq2) / Eq1) obtenemos la expresión

to L

D

U

Uto

e

e

toW

W

C

C

T

T

W

T 2

2

221

+

−=

γ



Introducción

Fuselaje

Ala


Tren de Aterrizaje


Anexo 2. Configuraciones no convencionalesAnexo 3. El diseño de los Boeing B-47 y 707





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Configuraciones no convencionalesConfiguraciones no convencionales

Ala volante pura:El ala volante pura, sin estabilizadores horizontales ni verticales es la

configuración a priori más eficiente

Requieren perfiles autoestabilizantes (curva “reflex” en el borde de salida),

fuerte torsión (Horten) y/o mandos activos

Son muy críticos con la posición del Xcg, precisamente porque no

disponen de superficie horizontal estabilizadora que compense las

variaciones de momentos de cabeceo

Eficiencia aerodinámica por ser la configuración de menor área mojada,

por tanto de menor resistencia parásita. Sin embargo la resistencia inducida

puede ser alta por compromisos en la distribución de sustentación para

mejorar la estabilidad

Eficiencia estructural por posibilitar la carga distribuida

La flecha ayuda a mantener la posición entre el centro aerodinámico e

Xcg y a mejorar la estabilidad direccional

La utilización de mandos de vuelo activos han permitido mejorar la

estabilidad y control manteniendo una alta eficiencia aerodinámica (aparte

de otros compromisos como la capacidad Stealth) para dar lugar al único

avión con éxito en esta configuración (el B-2)

Ho229

Northrop XB-49

NorthropB-2



Fuselaje sustentante y Blended Wing Body (BWB)

Burnelli OA1

NASA X-48

Sin embargo el concepto existe en todos los aviones comerciales actuales ya

que el fuselaje cilíndrico vuela con un ligero ángulo de ataque que

contribuye a la sustentación

La idea ha vuelto con lo que puede ser una configuración interesante para

una nueva generación de aviones de transporte: el Blended Wing Body

El concepto es parecido a un ala volante con un fuselaje/ala en delta central

que se funde con los paneles exteriores de las alas

El área mojada es pequeña y la sección central es muy profunda por lo que

hay una gran eficiencia estructural

El peso se encuentra distribuido los que contribuye adicionalmente a la

eficiencia estructural y poco peso

Sin embargo es un reto mantener la presurización en un fuselaje tan irregular

con un peso razonable. Puede ser una opción interesante para un carguero

El ingeniero Vincent Burnelli propuso que

el fuselaje se podía configurar para generar

sustentación y construyó varios prototipos

con éxito moderado. La idea era buena

pero, aparte de la pequeña ventaja

aerodinámica de un fuselaje formando un

ala de bajo alargamiento, estructuralmente

era complicado pasar los largueros del ala

a través del fuselaje conformado



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Configuraciones no convencionalesConfiguraciones no convencionalesCanard, ala doble, tres superficies

El primer avión con éxito (el Wight Fliyer I) era un canardVentajas de un canard:

La superficie del canard tiene sustentación positiva. Un estabilizador

horizontal trasero tiene sustentación negativa. Por tanto la sustentación

combinada puede ser superior y la resistencia menor (mejor L/D)

El canard se puede diseñar para que entre en pérdida antes del ala,

de forma que la pérdida produce un cabeceo que hace que se recupere

automáticamente

Desventajas de un canard:

Hay más masas alejadas del Xcg. Las alas no se encuentran cerca

del Xcg, si llevan combustible, esto puede suponer un desequilibrado

complejo de resolver

El momento para la superficie vertical con respecto al centro

aerodinámico es normalmente menor. Solución: ala en flecha con derivas

que actúan además como winglets (sinergia, Rutan Varieze)

Menor experiencia en la configuración: entrada en pérdida,

recuperación de barrenas, etcSi el canard crece, podemos hablar de alas en tándem. Posible influencia

del downwash del ala delantera en el ala trasera

Si además hay una superficie de cola, tenemos tres superficies. Las

ventajas pueden ser las de los canards, con una gran capacidad de trimar el

avión para mínima resistencia en todas las configuraciones

Curtiss XP-55

Beech Starship

Quikie

Piaggio Avanti



Flecha negativa:Un ala con flecha negativa ofrece las mismas ventajas en la disminución

de la resistencia trans y supersónica que un ala en flecha positiva, pero

debe mejorar las características de entrada en pérdida

El flujo neto hacia los las puntas de una flecha positiva hace que se

engrose la capa límite en los extremos de las alas causando separación y

pérdida a altos ángulos de ataque. La pérdida en las puntas es peligrosa

porque los alerones son inefectivos en ese momento

Con una flecha negativa el flujo se produce hacia las raíces, de formaque la pérdidas se produce por el encastre. Esto es mucho mejor si no se

causa sombra aerodinámica sobre los estabilizadores. Por ello, los

prototipos ensayados hasta el momento son todos canard

El peligro es la divergencia estructural. Si se produce una torsión en la

punta del ala que aumente el ángulo de ataque, la sustentación aumenta y

produce más torsión, pudiendo provocar un fallo estructural

Una estructura convencional (de aluminio) suficientemente robusta para

resistir la divergencia estructural puede resultar pesada. Con estructuras de

materiales compuestos se puede disponer las fibras de forma que se

generen ejes elásticos que eliminen este peligro sin aumento de peso

Las ventajas de esta configuración sólo se revelan a altos ángulos de

ataque por lo que sólo puede ser interesante en aviones militares

Su37

Grumman X-29



20



Aviones asimétricos:Un avión monomotor de hélice presenta siempre una gran asimetría:

aunque geométricamente sea simétrico el par motor y la incidencia del giro

del aire sobre las superficies del avión hacen que en la práctica

aerodinámicamente sea asimétrico. Los ingenieros de Blohm&Voss

reconocieron esto en el Bv141 que volaba equilibradamente y muy bien

Rutan ha utilizado una fórmula asimétrica en su bimotor Boomerang

juntando los motores y disminuir la asimetría en caso de parada de un motor

De la misma manera que se pude tener flecha positiva y negativa se

puede tener una ala oblicua o en tijera con la parte adelantada con flecha

negativa y la retrasada con flecha negativa. Esto es equivalente a todos los

efectos a una avión de flecha variable, pero con el mecanismo de variación

de la flecha enormemente simplificado y mucho más ligero.

Adicionalmente esta disposición oblicua ayuda a cumplir la regla del área

El único inconveniente es el de engrosamiento de la capa límite asimétrica

(hacia el encaste en el ala adelantada y hacia la punta en el ala retrasada).

Pero si no se corre el riesgo de entrar en pérdida asimétricamente de forma

descontrolada, esto puede ser aceptable

Grumman X-29

BV

-141

Rutan Boomerang

NASA AD-1

DOF DOFAla oblicua

Ala recta

Northrop Grumman Switchblade UAV concept

Rutan Ares



Joined Wings:El concepto (Julian Wolkowitch) consiste en un avión con alas en tándem,

con flecha positiva la delantera y negativa la trasera, unidas por los bordes

marginales. Adicionalmente la delantera presenta diedro positivo y la trasera

negativo, por lo que la vista frontal y en planta se asemejan a un rombo

Estructuralmente presenta grandes ventajas ya que permite realizar grandes

triangulaciones que aligeraría la estructura del orden del 30% respecto a

aviones equivalentes. La estructura puede resultar rígida y muy ligera

Concepto NASA Dryden

Concepto Boeing

Adicionalmente debería presentar una baja

resistencia transónica ya que facilita

cumplir la regla del área

Como desventaja se encuentran las

incertidumbres en cuanto a estabilidad y

control y los posibles aumentos de

resistencia por interferencias entre

superficies

Sin embargo el concepto parece muy

prometedor para aviones de transporte

subsónicos



21



Se han propuesto ejemplos de doble fuselaje para aviones de transporte. Laventaja es la distribución de la carga en dos puntos y las posibles ventajas de

desarrollar un avión a partir de uno existente (como en el F-82 twin mustang)

Fuselaje doble y carga distribuida:

Sin embargo el verdadero potencial de

distribuir la carga a lo largo de la envergadura

parece revelarse en los UAVs, de larga

autonomía. Como no hay piloto ni sistemas

asociados, se puede intentar distribuir toda la

carga (carga de pago, motores, posible

combustible) a lo largo del ala generadora de

sustentación de forma que la estructura puede

ser enormemente ligera. Los retos en el

diseño para evitar problemas de

aeroelasticidad y control son enormes

NAA F-82

NASA Helios DARPA Vulture (Odysseus)

DARPA Vulture (Concepto)



Aviones de efecto suelo (WIG Wing in Ground-effect):Un ala cerca del suelo (del orden de la mitad de la envergadura) presenta

una disminución de la resistencia inducidade más del 60% respecto al ala

en campo libre. El CL crece proporcionalmente, permitiendo volar con alas de

un tamaño mucho menor

Este efecto se ha investigado para diseñar aviones que vuelan cerca de la

superficie del mar (única forma de asegurar que la superficie es relativamente

plana), lo que obliga a reforzar el fuselaje como en un hidroavión

Los ingenieros de la oficina Beriev (especialistas en hidroaviones de laURSS) diseñaron el “Ekranoplan”,, un peso de cerca de 500Tm, y con

pequeñas alas aumentadas por efecto suelo y por el soplado de los motores

por el extradós. La velocidad era del orden de 430 Km/h

El ingeniero alemán Lippisch investigó el concepto de una forma más

modesta pero muy original, en sus modelos catamaranes de ala triangular

El concepto presenta problemas prácticos

importantes, pero puede ser una idea a

desarrollar para un transporte de carga

intercontinental a medio camino entre un

barco y un avión, para cargas pesadas y con

un consumo de combustible muy bajo

Beriev EKRANOPLAN

Lippisch X-114



22



Introducción

Fuselaje

Ala

Planta Propulsora

Superficies de Cola

Tren de Aterrizaje



Anexo 3. El diseño de los Boeing B-47 y 707Anexo 4. Consideraciones especiales en el diseño de configuración



Los Boeing BLos Boeing B--47 y 70747 y 707La configuración “standard” para los aviones subsónicos comerciales es la

inaugurada por el Boeing 707. El proceso de diseño de este avión es un

buen ejemplo de una revolución tecnológica en el diseño con pleno éxito.

En casi todos los aspectos el diseño del B707 empezó con el diseño del

bombardero estratégico B-47 a finales de los años 40. Los ingenieros de

Boeing habían estado trabajando sobre una especificación de la US Army

Air Force de abril de 1944 para un bombardero con cuatro de los nuevos

motores a reacción. Boeing, North American, Convair y Martin

respondieron a la especificación, todos con aviones de ala recta.

Sin embargo Boeing tenían alguna ventaja competitiva frente a las otras

compañías: disponía de un gran túnel de viento construido en 1941.

Además, por la insistencia del gran ingen iero Theodore von Kármán, el

túnel se diseñó para velocidades cercanas a las del sonido (hastaM=0,87), mucho mayores que las que cualquiera en Boeing tenía en

mente en 1941. El nuevo diseño de Boeing se benefició de la

disponibilidad de este túnel de viento desde el principio.

En la parte de arriba de la ilustración se muestran dos versiones de ala

recta del diseño XB-47. La de arriba a la izquierda tenía las góndolas de

los motores directamente sobre las alas en parejas, de forma similar a la

disposición de los cuatrimotores con motor alterna tivo del momento (el B-

29). El túnel de viento mostró que se producía una disminución en el

número de Mach crítico con esta disposición: los motores en las alas

comprometían las características a alta velocidad de las alas, de pequeño

espesor. La decisión fue mover los cuatro motores a la parte super ior del

fuselaje. Aunque esta disposición mejoraba la aerodinámica

enormemente, tenía grandes desventajas: difícil acceso a los motores, el

chorro de salida incidiendo directamente sobre la estructura, riesgo de

incendio, etc. Sin embargo parecía que había poco que hacer para

mejorar el diseño.



23


Los Boeing BLos Boeing B--47 y 70747 y 707En ese momento llegó una carta de uno de los

ingenieros de Boeing que participaba en la operación“paperclip” (revisión de los avances tecnológicos de los

alemanes tras la segunda guerra mundial) en la que

informaba de los avances en las alas en flecha

realizados por los alemanes y aconsejaba investigar la

nueva configuración para el bombardero en diseño. Esto

era un cambio radical frente a los diseños anteriores: la

idea de las alas en flecha era totalmente nueva para la

mayoría de los ingenieros aeronáuticos en USA y nadie

tenía la menor experiencia con esta configuración. Sin

embargo los ingenieros de Boeing no se sentían

especialmente felices con su versión en ala recta del

XB-47, así que acogieron con interés el nuevo concepto.

No estaba claro cuál era la flecha más adecuada. Los

informes alemanes indicaban que la flecha mínima útil

era de unos 29º, pero los ingenieros de Boeing hicieron

multitud de pruebas con modelos en el túnel de viento

hasta alcanzar el compromiso de 35º. Más tarde, esta

misma flecha sería la del B707 (en modelos

subsiguientes Boeing utlizó desde 32º en el B727 hasta

37.5º en el B747, más o menos centrada en la selecciónrealizada para el XB-47).

Uno de los grupos de diseño conceptual (con algunas

reticencias dentro de la compañía) se dedicó a

desarrollar esta idea para llegar al concepto ilustrado en

la parte media del dibujo a la derecha: alas en flecha y

motores en el fuselaje.

Sin embargo, cuando los jefes de diseño (Ed Wells y Bob

Jewett) lo presentaron a la Oficina de Proyectos del USArmy Air Force en octubre de 1945, fue rechazado por la

disposición de los motores. En un ataque de

conservadurismo o de racionalidad solicitó que los motores

se montaran en las alas, como en los bombarderos de la

época.

En el viaje de vuelta a Seattle Wells y Jewett concibieron la

idea de montar los motores en góndolas (pods) separadas

del ala, soportadas por struts. Esta era una idea radical para

la época pero se pudo desarrollar y refinar gracias al túnel

de viento. Los resultados mostraron que si se los pods se

montaban suficientemente bajos de manera que el chorro no

interfiriera con los flaps, y si estaban suficientemente

adelantados como para que la salida de gases quedara

aproximadamente alineada con el borde de ataque del ala,

no se producía prácticamente ninguna interferencia entre los

motores y el ala. Es decir que el ala funcionaba tan bien

como si los motores no estuvieran.

La configuración final del XB-47 se muestra en la parte baja

de la ilustración. Adicionalmente a la flecha de 35º y a los

motores instalados en pods bajo las alas, el alargamientoera excepcionalmente alto (9.43), mucho mayor que

cualquier otro avión con ala en flecha concebido en l época.

El espesor del ala era delgado (12%) con el fin de mantener

un mach crítico alto, lo que impidió poder re traer el tren en

las alas. Así que se eligió un tren biciclo: dos trenes

principales alineados en el fuselaje con ruedecillas auxiliares

de equilibrio en las alas..


Los Boeing BLos Boeing B--47 y 70747 y 707El primer vuelo del XB-47 se hizo en diciembre de 1947 pero

la USAF no mostró especial interés por el revolucionario

aparato, posiblemente debido a las pobres prestaciones de

los bombarderos reactores probados hasta la fecha.

Finalmente, cuando se descubrió que el avión presentaba un

15% de resistencia menos que la prevista (lo cual era muy

importante para un bombardero estratégico, ya que el alcance

es mucho mayor) tanto los responsables de Boeing como los

de la USAF se dieron cuenta que el avión era algo especial.

Al final la USAF compró cerca de 2000 aparatos.

Así el diseño del B-47 presentó un salto tecnológico que

introdujo nuevos conceptos en la era del jet. Las alas en

flecha y los motores en pods eran conceptos tecnológicosradicales que permitieron un salto cuántico en las

performances, introduciendo los que es norma en los futuros

aviones de transporte de reacción hasta hoy en día. No

menos importante fue el uso intensivo del túnel de viento para

probar cada uno de los conceptos de una manera

sistemática, en lo que también fue una forma de diseñar

novedosa en la época.

Las características novedosas del B-47 se mantuvieron en el

B707. El diseño del B-47 fue revolucionario, y el del B707 fue

una evolución. Se mantiene la flecha de 35º, los motores en

pods, el elevado alargamiento y el pequeño espesor del ala, y

la flecha en las superficies estabilizadoras. Las principales

diferencias son que el ala se pasa a posición baja para

permitir una cubierta de pasaje despejada y se introduce un

tren de aterrizaje triciclo.



24


Los Boeing BLos Boeing B--47 y 70747 y 707Los diseños del B707 y del Comet son muy di ferentes

como se aprecia en la il ustración. El Comet tenía unaflecha moderada de 20º, sin flecha en las superficies de

cola. Los cuatro motores estaban alojados en los

encastres de las alas, quitando espacio a los depósitos de

combustible (parte del combustible hubo que alojarlo en

depósitos alares externos en forma de bulbo, lo que no es

necesariamente malo si sirve para cumplir la regla del

área, aunque no era este el caso). Peor aún, las alas

debían tener un espesor muy grande reduciendo el Mach

crítico. Así que las prestaciones del Comet eran mucho

más modestas que las excelentes del B707 (el Comet

tenía una velocidad de crucero de Mach 0.74 a 35.000 ft,

mientras que el B707 volaba a Mach 0.87 a 30.000 ft, el

Comet tenía un alcance de 1750 M mientras que el B707

alcanzaba 6240M). El B707 sentó el modelo de lo que hoy

entendemos como el estándar de los transportes a

reacción, mientras que el Comet no tuvo mayor impacto en

los diseños futuros.

Adaptado por JDP de “The Airplane, a History of his

Technology” de John D. Anderson

El prototipo del B707, el Dash-80, ancestro de todoslos aviones comerciales actuales El prototipo del DH 106 Comet



Introducción

Fuselaje

Ala


Tren de Aterrizaje








25


Consideraciones especialesConsideraciones especiales

Consideraciones aerodinámicas:La minimización del área mojada es una de las consideraciones principales para cualquier

avión. La resistencia de fricción es proporcional al área mojada, por lo que se deberá tender a

minimizar los tamaños del fuselaje, superficies estabilizadoras o el ala, suponiendo que todos

cumplen adecuadamente su función

Se deberá intentar mantener la capa límite laminar al máximo. Sin embargo la capa límite

laminar se desprende mucho antes que una turbulenta. Por tanto donde haya peligro de

desprendimiento es mejor convertir la capa límite en turbulenta, o energizar la capa límite

mediante “turbuladores” o similar

Se debe evitar una reducción en la sección trasera del fuselaje demasiado brusca para evitar

el desprendimiento. Esto puede ser especialmente difícil en el caso de aviones de transporte

con portalón trasero

Se debe prestar atención a la regla del área en los aviones que alcancen

velocidades transónicas. El cuerpo de menor resistencia transónica es la

distribución fusiforme de Sears-Hack. La regla del área dice que cualquier

cuerpo que tenga una distribución longitudinal de áreas similar a la de Sears-

Hack tendrá esta resistencia transónica mínima. Esto significa que en la zona

de las alas el fuselaje se debe estrechar y evitar en general cambios bruscos

en la sección longitudinal. Esto se aprecia en aviones como el Convair F-106

o el Dassault Mirage III, con un característico fuselaje en forma de botella de

CocaCola que compensa las sección de las alas en delta



Consideraciones estructurales:El diseño de la estructura es normalmente responsabilidad de un grupo de diseño especializado.

Sin embargo el grupo de diseño conceptual debe tener en consideración el impacto en la

estructura de las decisiones pare facilitar que se pueda diseñar una estructura eficiente

Una configuración ideal de los elementos sería aquella en que los pesos coinciden con las

fuerzas de sustentación, es decir que los elementos principales están en las alas. El extremo

sería un ala volante, pero pueden haber aproximaciones como situar elementos pesados en las

alas, como los motores, los depósitos de combustible o el armamento

Las alas tiene largueros que normalmente deben atravesar el fuselaje (caja central estructural).Si esto no es posible (por ejemplo en una avión militar con ala media y un motor central en el

fuselaje) se deben pasar los esfuerzo mediante mamparos anulares, enormemente pesados y

estructuralmente ineficientes

Las cargas puntuales, como los trenes de aterrizaje, deben coincidir con mamparos

estructurales

Si el fuselaje está presurizado se deben tener clara la ubicación de los mamparos de

presurización (normalmente uno anterior, uno posterior y semimamparos para pasar el cajón

estructural del ala)

Las ventanas, puertas y demás cortes en al estructura requieren pesados marcos para pasar los

esfuerzos. Cuantos menos haya, mejor



26



Consideraciones en aviones militares:La detectabilidad al radar (tecnologías “Stealth”) son toda una

ciencia. En la actualidad todo avión militar incorpora algunas

características Stealth en alguna medida. Si esta es la

característica principal, el diseño se verá fuertemente restringido

por la misma. Esto implica superficies planas en facetas (primera

generación Stealth como el F-117) o la repetición de los ángulos

característicos (seguna generación Stealth como el B-2), esconder

los motores, evitar cualquier protusión en el fuselaje, etc.

La detectabilidad a los infrarrojos es otra consideración, pues la

mayoría de los misiles de corto alcance llevan cabeza de

infrarrojos. El método principal es conseguir enfriar el chorro de

salida de gases al máximo, por ejemplo utilizando un turbofan con

alta relación de derivación o escondiendo la salida de gases al

máximo (por ejemplo entre las derivas como en el A-10)

Las consideraciones de vulnerabilidad llevan a la protección de

los depósitos de combustible, piloto, depósitos de municiones y

motores

Lockheed F-117

NorthropB-2

Fairchild A-10



Consideraciones en accidentes (“crashworthiness”):Los aviones se estrellan, y algunas precauciones en la fase de diseño de configuración

pueden evitar daños a las personas

Se debe evitar que el plano de una hélice corte al fuselaje en una zona con pasaje, aunque

esto no siempre es posible

No se deben alojar depósitos de combustible en el fuselaje de una avión de trasporte

comercial de pasajeros, lo cual está explícitamente prohibido por las normas de certificación

civiles (EASA CS25, FAR25)

El fuselaje debería diseñarse para actuar como un amortiguador en caso de impacto,absorbiendo la energía poco a poco mediante deformación. Esto es un comportamiento más o

menos natural en un fuselaje metálico de aluminio, pero hay ciertas incertidumbres sobre el

comportamiento de las nuevas estructuras de material compuesto, mucho más rígidas

Lo motores en las alas son masas absorbentes de energía, lo cual es una configuración mejor

que el motor en cola, si bien el peligro de incendio es mayor en la primera configuración

Por el contrario en caso de amerizaje, los motores en las alas se pueden clavar en el agua. Es

mucho más sencillo amerizar de emergencia con un avión con motores en la cola



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Consideraciones de producción y mantenimientoLos costes de producción se pueden reducir mediante algunas consideraciones en la fase de

diseño conceptual. Por ejemplo las superficies regladas son mucho más fáciles de fabricar que

las de doble curvatura. La comunalidad de partes (por ejemplo izquierda y derecha) reduce los

costes

La modularidad en partes simplifica la producción. Actualmente esto es un criterio fundamental

porque cada vez más las partes estructurales son fabricadas por subcontratistas distribuidos a lo

largo del mundo. En diseño conceptual se pueden tomar decisiones principales para facilitar la

modularidad en la fase de diseño preliminar y detallado

El criterio principal para la mantenibilidad en el diseño conceptual es el fácil acceso de todos

los componentes. Se debe poder acceder y desmontar todos las partes principales del avión,

como motores, trenes de aterrizaje, APU, accesorios mecánicos, paneles electrónicos, etc

Los motores en pods es la configuración más accesible. Los motores en el interior del fuselaje

es la peor

Se deben proveer accesos (puertas y paneles desmontables) a los elementos interiores. Estos

está reñido con los criterios de eficiencia estructural



Introducción

Fuselaje

Ala


Tren de Aterrizaje








28


PreguntasPreguntas

¿Cómo se realizan en la practica los alargamientos defuselaje en un avión de transporte?Los fabricantes suelen diseñar una modelo “base” y desarrollan variantes alargadas y acortadas

eliminando o añadiendo secciones cilíndricas por delante y por detrás de las alas, para mantener el

equilibrio. Por ejemplo, el modelo base de la familia Airbus A320 es el A320, el alargamiento es el

A321 y los acortamiento los A319 y A318


PreguntasPreguntas

Un caso un poco atípico es el de la familia del Bombardier CRJ. El modelo base es el CRJ-200,

el más pequeño, que ha sido sucesivamente alargándose en los CRJ-700, CRJ-900 y ahora el

CRJ-1000 (Nota: el actualmente llamado CRJ-1000 se comenzó llamando comercialmente CRJ-900X)

CRJ700Up to 78 seats

CRJ900

up to 90 seats

CRJ900X

up to 104 seats

CRJ200

50 seats



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PreguntasPreguntas

CRJ900X is an evolution of the CRJ700 and CRJ900A Major Redesign of the CRJ100/200

Component CRJ100/200 CRJ700/900 CRJ900XWing Base New Extended & Reinforced

Winglet & flap/slat laws on CRJ900

Fuselage Base New Extended & ReinforcedCockpit Base Re-designed Common

Empennage Base New Common

Horizontal Tail Base New Common

Aft Press Bulkhead Base New Common

Entry in Service 1992 2001/2003 2008


PreguntasPreguntasCommon• NLG

• Empennage

• Tailcone & APU

• Cockpit

• Engine

Fuselage• 1.58 m (62”) fwd and 1.37 m (54”) aft

• Extended Centre Barrel Section

• Integral Fuselage extension

• Lap joints with Aerolok rivets

• New larger passenger windows

Wing• 7.5% Trailing Edge Extension

• 0.66 m (26”) Wing Tip Extension

• Max flap setting changed from 45º to 40º

• Reinforced Structurally

• Common Aerodynamically

Powerplant

• GE CF34-8C5• + 2% Thrust (NTO)

• Optional + 5% Thrust

Landing Gear • MLG Reinforced

• Upgraded Rolling Stock

• Carbon Brakes (lower weight)

CRJ900X Change Summary

Baggage Compartments• increased volume in both Aft

and Forward Compartments



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PreguntasPreguntas¿Un avión de ala alta trasmite las turbulencias al pasaje

más que un avión de ala baja?La trasmisión o la amortiguación de las turbulencias encontradas durante el vuelo al pasaje está

más relacionada con la flexibilidad del ala que con la posición vertical respecto al fuselaje. Un ala

más rígida hace que se sienta en la cabina de pasaje todas las turbulencias exteriores. Un ala

flexible las amortigua

La rigidez o flexibilidad del ala no está relacionada con la posición vertical. La única excepción es

que se trate de un ala alta atirantada por el intradós. En general el atirantar por el intradós es una

solución aceptable o al menos una opción a investigar ya que perturba aerodinámicamente el ala

mucho menos que un ala atirantada por el extradós (que ya no se utiliza en ningún diseño

moderno). Un ala alta atirantada es una solución estructuralmente muy ligera en comparación con

cualquier ala en cantilever (en voladizo), pero siempre conduce a una ala más rígida

Cessna 172 Piper Archer

La estructura del ala de una Cessna es más ligera que la tradicional de Piper. La triangulación del tirante hace

que el ala sea también más rígida. Sin embargo en aviones ligeros de este tipo las diferencias son pequeñas (la

trasmisión de turbulencias es bastante similar en ambos modelos)


PreguntasPreguntasEso del downwash y su modificación por el efecto suelo

no se ha entendidoNo se entiende porque había un error en la diapositiva 17 (ya corregido en 2009)

La incidencia (geométrica) it del estabilizador vertical es negativa respecto a la línea de cero

sustentación del ala. En condiciones normales el ala tiene una ángulo de ataque positivo αW

respecto a esta línea de sustentación nula (ya que el ala tiene sustentación positiva) y el

estabilizador también. Sin embargo el ángulo de ataque del estabilizador horizontal αt es menor

que el del ala debido a:

La incidencia geométrica negativa it

El ángulo de downwash εEn concreto αt=αW-it-ε

Al presentarse el efecto suelo, el ángulo de downwash ε disminuye, por tanto el ángulo de ataque

del estabilizador respecto a la corriente local aumenta, y aumenta por tanto la sustentación en el

estabilizador vertical (justo lo contrario que ponía en la diapositiva 17), por lo que se produce un

momento de picado

De la misma manera la sustentación en el ala aumenta (es un efecto transitorio, ya que L=W en

general, pero este es el instante de la aceleración vertical del redondeo en aterrizaje), aunque con

una menor deflexión de la estela, es decir con menor downwash por el efecto suelo. El centro de

presiones del ala está delante del Xcg (condición indispensable de estabilidad longitudinal

estática), por tanto el efecto es de encabritado

El efecto combinado puede ser de picado o encabritado o compensarse

Se ha corregido la diapositiva 17 en el documento colgado en la web de la asignatura. !Corregid

la página correspondiente! Siento el error (ya corregido en la versión de 2009)



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PreguntasPreguntas


PreguntasPreguntas

De todas maneras el efecto del downwash sobre la cola en el diseño conceptual de aviones se

suele tener en cuenta sólo a efectos de calcular la incidencia geométrica del estabilizador

horizontal, y se suele estudiar la situación de crucero, no de aterrizaje. Predecir el comportamiento

del avión por modificación del downwash por el efecto suelo es prácticamente imposible (o al

menos los efectos quedan cubiertos por las imprecisiones de los modelos de estimación inicial

iniciales)

La aproximación que se suele tomar para el efecto del doswnwash del ala en la cola es la de

aproximar la distribución de sustentación del ala por la elíptica, de forma que la expresión de los

torbellinos es manejable analíticamente. Como sabemos, la distribución de sustentación en nuestroavión no va a ser elíptica, por lo que introducir las modificaciones en el downwash por el efecto

suelo se puede hacer, pero no creo que vaya a aportar precisión adicional

En cualquier caso, la idea de comentar sobre este efecto era simplemente saber que puede

existir. No es un criterio de selección de configuración importante



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BibliografíaBibliografía

Roskam Vol 2, Cap 3, 4 y 5

Torenbeek, Cap 2

Raymer, Cap 8 y 22

Apuntes ETSIA Cálculo de Aviones, R. Martínez-Val, Tema 3

Apuntes US Cálculo de Aviones, S. Esteban, Tema 1

Tema 01 - Configuración

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