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Máster deEnsayos en Vuelo (ETSIA-UPM)

ETSIA-UPM29.04.08

ACTUACIONES

CTE. JOSE PABLO GUIL SALVADOR

CLAEX


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ACTUACIONES• Introducción • Condiciones de ensayo de actuaciones y técnicas• Aeromodelado• Sistema Pitot-estático• Actuaciones en Despegue• Actuaciones en Aterrizaje • Actuaciones en Ascenso • Actuaciones en Descenso• Actuaciones en Crucero• Energía/Actuaciones en combate• Actuaciones con un Motor Inoperativo • Determinación de la Velocidad de Pérdida


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Introducción

• Las actuaciones son las maniobras de vuelo que un avión debe ejecutar para un cumplir con éxito la misión para la que fue diseñado

• En función de ellas el diseñador elige:– Carga alar– Motor– Tipo de perfil alar– Configuración,...

• Las características de una aeronave no son siempre las esperadas

ACTUACIONES

Necesidad de ensayos en vuelo


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INTRODUCCIÓN

PREDECIRPREDECIR ENSAYARENSAYAR

VALIDARVALIDAR

MÁXIMA DE LOS EEV


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Introducción

• Proceso de determinar las características de actuación de una aeronave, es decir, evaluar su capacidad de ganancia o pérdida de energía

• Los ensayos completos de actuaciones determinan la envolvente completa de la aeronave en términos de:– Nº de Mach– Altitud– Factor de Carga

EEV DE ACTUACIONES


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Introducción

• Los ensayos de actuaciones sirven para responder las siguientes preguntas sobre el avión:– ¿Cómo será de rápido?– ¿A qué altura volará?– ¿A qué distancia llegará?– ¿Cuánto tiempo podrá permanecer en el aire?– ¿Cuánta carga de pago podrá llevar?– ¿Qué longitud de pista necesitará para despegar o

aterrizar?– ¿Cuánto tardará en subir a una altitud?– Etc.

EEV DE ACTUACIONES


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Introducción

Se realizan EEV de actuaciones para:

• Determinar si la aeronave cumple las actuaciones definidas en el contrato

• Prover datos para los Manuales de Vuelo• Determinar técnicas y procedimientos para la

obtención de las actuaciones óptimas de la aeronave


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Objetivo de los ensayos depende del estado de desarrollo del avión:

• En prototipo, ensayos iniciales exploratorios con evaluación limitada de actuaciones– Ver posibles aspectos críticos para ensayos futuros

• Ensayos se usan para validar modelos de sustentación y resistencia

• A veces sólo se prueban aspectos puntuales que aseguran el cumplimiento de:– Contrato– Especificaciones

Introducción


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Naturaleza y alcance de los EEV de actuaciones:

• En general de cada ensayo se obtiene directamente la información de actuaciones

• En algunos casos se obtiene indirectamente (Velocidad ascensional a través de aceleraciones a nivel)

Introducción


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Avión de ensayos:

• El avión de ensayos ha de ser representativo del de producción

• Si hay cambios significativos => ensayos adicionales

• En aviones de combate se usan los “Drag Index” para limitar los ensayos

Introducción


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Instrumentación de ensayos:

• Dependiente del ensayo a realizar

• Ensayos sencillos (longitud de despegue): instrumentos básicos del avión tomados a mano

• Mayoría de los ensayos (especialmente aviones de altas características): sistemas de grabación digitales con una frecuencia muestro adecuada

Introducción


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Naturaleza y alcance de los EEV de actuaciones:

• Para verificar el modelo de actuaciones: Ensayos en amplias condiciones (W ↑ y ↓, # altitudes)

• Ensayos de despegue y aterrizaje en condiciones extremas de temperatura (desierto)

• Se suelen hacer seis repeticiones de cada ensayo para obtener un valor medio

Introducción


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IntroducciónAnálisis y presentación de datos de actuaciones• La reducción de datos comprende:

– Cálculo de valores para día y peso estándar– Cálculo de CL y CD

• Se han de tener en cuenta correcciones del sistema pitot-estático

• Los puntos que se salen de las gráficas se descartan (sólo si se encuentra la razón técnica para ello)

• Los datos obtenidos se representan como corresponda (CL Vs. CD, longitud de despegue Vs. Peso, etc.)

• De todos estos datos MANUAL DE VUELO


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Introducción

Especificaciones de EEV:• Cuando un fabricante propone un diseño se ha

de presentar datos de actuaciones garantizadas– La MIL-C-5011A (entre otras) regula la definición y

métodos de presentación de estos datos– La MIL-M-7700B especifica requerimientos de

presentación para la elaboración de manuales de vuelo


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Normativas civiles más utilizadas:

• FAR (Federal Aviation Regulation) 23 ó 25 de la FAA (Federal Aviation Administration)

• CS (Certification Specifications) 23 ó 25 de la EASA (European Aviation Safety Agencies)

(Las CS toman el formato y en la mayoría de los casos el contenido de las FAR)

La CS 23 consta de una segunda parte (Book 2) “Flight TestGuide”

Introducción


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Vuelo por actitud:• Dadas una condiciones de ensayo (W, P,CG), la

velocidad del avión depende de su actitud• Se mantiene una referencia en el horizonte y así

se estabilizan los parámetros de vuelo• Las tolerancias en actuaciones son pequeñas=>

dependen de la habilidad del piloto

Condiciones de ensayo y técnicas


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Compensaciones• Para puntos de ensayo estables el avión ha de

estar compensado (3 ejes):– Momentos y fuerzas estabilizados– Fuerzas en mandos cero

• Se mantiene la actitud deseada y se compensapara anular las fuerzas en los mandos

• Es más lento compensar con mandos sueltos hasta que el avión adquiera la actitud deseada



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Condiciones de ensayos• Hay tres condiciones básicas de ensayos

de actuaciones:– Equilibrio estable– Equilibrio inestable– No equilibrio



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Equilibrio estable

• Para velocidades mayores que VDmin (1er régimen)• Técnica de ensayos (Vuelo recto y nivelado)

– Ajustar 1º la altura– 2º la potencia– Esperar – Mejor velocidad de más– Piloto automático OK


V

TR

Inducida

Parásita

Total

Dmin

Disponible

2º Régimen2º Régimen 11erer RégimenRégimen


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Equilibrio inestable• Difíciles de obtener• Para velocidades menores que VDmin (2º régimen)• Técnica de ensayos (Vuelo recto y nivelado)

– Ajustar 1º la velocidad– 2º la potencia para la H– Observar VVI– Ajustar hasta equilibrio– Piloto automático OK


V

TR

Inducida

Parásita

Total

Dmin

Disponible

2º Régimen2º Régimen 11erer RégimenRégimen


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No equilibrio• Los más difíciles de obtener• Dependen de la habilidad del piloto• Forman maniobras que se ajustan a un perfil

– Ej: perfil de subida• Piloto automático gran ayuda



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Gestión de la energía• La conservación de la energía entre puntos de

ensayo=>mayor cantidad de datos en menos tiempo

• El piloto de ensayos ha de adelantarse al perfil de ensayos, para conservar la energía entre puntos de ensayo

• Una transición suave entre puntos de ensayo puede conllevar intercambiar altura por velocidad

• El vuelo ha de ser planeado para optimizar la energía durante el perfil de vuelo



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Obtención de CL y CD para αααα

CL = 2nW/ρV2S

CD = CD0 + k CL2

Variando la velocidad

Cambiando el factor de carga

¿Porqué no cambir la densidad (altitud)?

AEROMODELADO


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3 tipos distintos de ensayos para obtener datos de actuaciones

Estacionarios

Accelerados (cuasiestacionario)

Dinámicos

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

CD

CL

Stabilized methods

Split-SRoller coaster

AEROMODELADO


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Ensayos estacionarios

Compensación

Se compensa, se estabiliza y se recogen datos - (Velocidad calibrada, Altitud, Temperatura, velocidad de subida,ángulos de cabeceo, alabeo y ataque)

L = W = CLqS

Viraje en descenso

Ventaja – Datos muy precisos

Desventaja – Mucho tiempo para obtener un punto deensayo

AEROMODELADO


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Ensayos estacionarios

Suposiciones

• No hay fuerzas verticales (excluyendola gravedad)

• No hay resbale, ni fuerzas laterales

• Empuje fijo

L = W

T = D

Flight Test

CL = 2W/ρρρρV2S

CD = 2T/ρρρρV2S


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Métodos dinámicos

Se obtienen datos de sustentación y resistencia a Machconstante

Se hace en una maniobra

Se varía el factor de carga rápidamente (α, CL)

La maniobra completa dura menos de 10 seg.

AEROMODELADO


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Roller Coaster-POPU

Suave variación casisenoidal del factor de carga

Establizar compensando a 1 g, al Mach y altitudesdeseados durante 10 seg.

Pushover

Pullup

Volver a 1g

La variación de gs debe ser lo suficientemente rápida para que el N de Mach tenga una tolerancia de ± 0.01

AEROMODELADO


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Roller Coaster

Aviones de transporte

0.5g pushover < 0.5g/sec

1.5 - 2.0g pullup < 0.5g/sec

Aviones de combate

0g pushover < 0.5g/sec

2g o más pullup < 0.5g/sec

AEROMODELADO


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Wind Up Turn

Viraje en descenso en el que se aumenta suavemente el factor de carga

Compensación a 1 g, Mach deseado y sobre 1000 ft sobre la altitud deseada

- centrar la maniobra sobre la altura deseada

Iniciar un viraje en descenso

- Tirar hasta aumentar el factor de carga 1g por seg.

- Seguir hasta llegar al g máximo o al límite de factor de carga

- Descender y alabaear lo necesario para mantener Mach

Se pueden perder hasta 10.000 ft. en la maniobra

AEROMODELADO


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WUT

Dejar motores fijos

Duración: entre 3 - 8segundos

Descender y alabear para manter Mach +- 0.01

Incrementar el factor de carga hasta 1g/seg hasta el máximo permitido

Compensar - Mach,Altitud +1000 ft, 1g, 10 seg. Paraestabilizar motores

AEROMODELADO


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Split-S

Área primaria de interés – CLs más altos

Mismo rango de CL que WUT pero los efectos de velocidad de alabeo son eliminados

Se compensa a 1g, al Mach objetivo y sobre 1000 ft. Por encima de la altura deseada durante 10 segundos o más.

Se gira en invertido, se para para estabilizar en alabeo y guiñada)

Se tira hasta alcanzar una variación de 1-3 g por segundo

- Seguir tirando hasta máx g o límite de ángulo de ataque

- Tirar rápido para mantener Mach ± 0.01 del objetivo

AEROMODELADO


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Split-S

Descartar los datos con más de 70° de picado

- La calidad de los datos se degrada, y se pierde total mente a 90°

- Algunos inerciales transicionan a 90°

La pérdida total de altura puede ser de 10,000 ft.

AEROMODELADO


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¿Por qué tantas maniobras?

Distintos tipos de aeronaves (transporte, caza)

Dificultad a la hora de realizar las maniobras

Distintas zonas de la polar para cada maniobra

AEROMODELADO


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PREGUNTAS

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