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CÁLCULO DE AVIONES PERRY-I
Ricardo Blanco Poole Elio Carrasco Guerrero José Carlos García Hiniesta Francisco José Macías Beltrán Alejandro Martín Garrido
Diseño
• Evolución del Diseño • Planos • Configuración de elementos • Mejoras competitivas • Potencial del Perry - I
3
10
Tren de aterrizaje central
DISEÑO Componentes internos
• Diseño especializado por la ubicación • Doble sistema de amortiguamiento • Capacidad de balanceo de las ruedas
• Se han diseñado depósitos de combustible en el ala. • En ellos podemos albergar el combustible necesario para la misión. • Tenemos depósitos de combustible centrales para el caso de sustituir
carga de pago o no llenar el ala y poder redistribuir el combustible según la situación de la misión.
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Depósitos de combustible
DISEÑO Componentes internos
• Diseño de góndola lo más aerodinámico posible
• Hélice, caja reductora y turbopropulsor en el mismo eje – Menos resistencia
• Embebidos en el ala
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Sistema propulsor
DISEÑO Componentes internos
DISEÑO Mejoras competitivas y tecnología diseñada
• Configuración de fuselaje y suelo adaptable
• Sistemas de almacenamiento de sonoboyas (hasta 128)
• Sistemas lanzamiento de sonoboyas (hasta 112)
• Sistemas de lanzamiento de torpedos y misiles
• Radar de apertura sintética (SAR)
• Ubicación del tren de aterrizaje trasero
• Winglet • Apantallamiento del MAD
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DISEÑO Potencial del Perry - I
Multiconfiguración
• El diseño modular permite cierto movimiento de los componentes.
• Podemos reconfigurar al diseñar nuevos módulos (p.ej. Transporte de enfermos)
Capacidad de carga de combustible
• Sustituir fácilmente
armamento por depósitos modulares
• Ampliar el combustible al no cargar al máximo las sonoboyas
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AERODINÁMICA
16
ALA HTP VTP
Cuerda raíz [m] 5 3,2 4,8
Cuerda punta [m] 2,5 1,6 1,5
Λ1/4 [º] 0 8 20
ΛLE [º] 2,39 11,52 26,34
ΛTE [º] -7,13 -2,82 -1,68
Cuerda media [m] 3,85 2,5 3,44
AERODINÁMICA
17
ALA HTP VTP
AR o A 8 5 1,5
S [m2] 110 32 19,8
b[m] 29,66 12,65 6,29
CLα [1/rad] 6,18 4,31 2,5
AERODINÁMICA
CLmax αstall α0L
Ala sin flaps 1,32 11,96º -2,3º
Ala con flaps a 10º 1,69 11,46º -6,7º
Ala con flaps a 18º 1,84 11,06º -8,06º
Ala con flaps a 40º 2,19 9,16º -14,1º
CLα= 6,430 [1/rad]= 0,112 [1/deg] Perfil: L188root
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AERODINÁMICA
19
-15 -10 -5 0 5 10 15 20-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
α
CL
Sin flapsFlaps a 40ºFlaps a 20ºFlaps a 10º
AERODINÁMICA
Coeficiente de resistencia
CD0
Configuración limpia
Crucero
0,0211
Subida de 10000ft a
28000 ft
0,0217
Descenso
0,0187
Loiter
0,0209
Configuración sucia
Despegue
0,0504
Subida hasta 1500ft
0,0512
Aterrizaje
0,0696
20
AERODINÁMICA POLAR PARABÓLICA
21
K’=0,040
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
λ
e
Oswald Efficiency
AERODINÁMICA
22
y = 0,003630x + 0,005446
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
K’’=0,00363
(Cl-Clmin)^2
Cd
AERODINÁMICA
23
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
CD
CL
Polar del avión
CruceroDespegueAterrizajeSubida hasta 1500ftDescensoLoiterSubida 10000 a 28000ft
AERODINÁMICA
24
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
CL
E
Eficiencia Aerodinámica
CruceroDespegueAterrizajeSubida hasta 1500ftDescensoLoiterSubida 10000 a 28000ft
27
ESTABILIDAD Y CONTROL
Análisis de vuelo equilibrado
0.4793 0.528 7.1509 3.19 0.31 -0.4326 -12.18
Valores en radianes
Positivo!! Negativo!!
0.4139 0.528 7.1509 3.19 0.34 -4.33 -12.18
Primer crucero
Loiter
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ESTABILIDAD Y CONTROL Análisis de trimado en el primer crucero (optimización) y en segmento de vigilancia
Loiter Crucero
30
ESTABILIDAD Y CONTROL Estabilidad estática para el caso del desprendimiento del equipo lanzable
Sonoboyas Equipo de lanzamiento (40) Torpedos y misiles
2 Misiles (1382 Kg)
4 Torpedos (1360 Kg)
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ESTABILIDAD Y CONTROL
Derivadas de Estabilidad Longitudinales
Valores en radianes
Derivadas de estabilidad longitudinal adimensionales
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ESTABILIDAD Y CONTROL
Derivadas de Estabilidad Laterales-Direccionales
Valores en radianes
Derivadas de estabilidad lateral-direccional
33
ESTABILIDAD Y CONTROL
Situación más desfavorable: 1. Fallo del motor más alejado 2. Fallo en despegue
Previo a la acción del piloto tras el fallo
Equilibrado posterior
Análisis del fallo de un motor Otra situación de interés: 1. Fallo del motor más alejado 2. Fallo en crucero
Previo a la acción del piloto tras el fallo
Equilibrado posterior
34
Situación más desfavorable: 1. Viento cruzado 2. Viento en despegue
Para mantener velocidad en linea recta
ESTABILIDAD Y CONTROL
Análisis para vientos cruzados Otra situación de interés: 1. Viento cruzado 2. Viento en crucero
Para mantener velocidad en linea recta
35
ESTABILIDAD Y CONTROL
Viraje Estacionario
Situación más desfavorable: 1. En el loiter 2. Máximo factor de carga de 1.2
Otra situación de interés: 1. En el crucero 2. Angulo de alabeo hasta 50º
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ESTABILIDAD Y CONTROL
Estabilidad dinámica longitudinal
Magnitudes características de los modos longitudinales
Características Fugoide Corto Periodo
0.55624 2.73
11.3 2.43
0.027 0.33 45 0.75
4.04 0.3
Cambio en la velocidad Cambio en el AoA
Magnitudes características de los modos laterales-direccionales
Características Balanceo Holandés
Convergencia en Balance
Modo Espiral
1.34 0 0
4.6969 Inf Inf
0.0819 1 1
6.29 0.752 1060.62 1.33 0 0
37
ESTABILIDAD Y CONTROL
Estabilidad dinámica lateral-direccional
Cambio en el ángulo de resbalamiento
ESTRUCTURAS
38
Pesos estructurales
Elemento Peso (kg)
Ala 3448,103
Cola 397,7809
Fuselaje 4859,683
Tren 1104,798
ESTRUCTURAS
40
Refuerzos
Elemento Peso (kg)
Ala 344,8
Cola 39,8
Fuselaje 485,9
PESO TOTAL DE LOS REFUERZOS 870,2 kg
ESTRUCTURAS
41
Pesos estructurales
Elemento Peso (kg)
Ala 3792
Cola 436
Fuselaje 5345
Tren 1104
PESO ESTRUCTURAL 10677
ESTRUCTURAS
42
Equipamiento fijo
Elemento Peso (kg)
Mandos de vuelo/Hidráulica 744,5856
APU 112,8429
Instrumentos/Avionica/Electronico 306,2228
Eléctrico 614,1704
Furnishings 184,4921
Presurizacion/antihielo 875,175
Pintura 194,2509
Sistema de aceite 1720,616
EQUIPAMIENTO FIJO 4981
ESTRUCTURAS
43
Planta de potencia
Elemento Peso (kg)
Motores 3530
Helice 742,2906
Control del motor 70,58584
Control de la hélice 55,53011
Arrancador 724,4697
Fuel system 520,3479
PLANTA DE POTENCIA 5404
ESTRUCTURAS
44
Pesos en vacío
Elemento Peso (kg)
Peso estructural 10677
Peso equipamiento fijo 4981
Planta de potencia 5404
PESO EN VACIO 21062 kg
ESTRUCTURAS
45
Carga de pago
Elemento Peso (kg) Material personal 110
Comida de los tripulantes 110
Pilotos en cabina 240
Personal de vigilancia 640
MK50 1360
AGM84 1382
Sonoboyas en sistema A 950
Sistema de almacenamiento de sonoboyas
210
ASQ81 13,6
SAR 100
Luz 13
FLIR 44
Sistema paletizado HC-144 3680
Litera y armario 40
Cocina 45
Asientos de los pilotos 54
Aseos 12,13
Mesa y sillas 30
8933 kg
ESTRUCTURAS
46
Pesos al despegue
Elemento Peso (kg)
Peso en vacio 21062
Peso carga de pago 8933
PESO EN VACIO OPERATIVO 30000 kg
PESO EN VACIO AL DESPEGUE 30000 kg
FRACCION DE COMBUSTIBLE: 0,6343
MTOW: 47500 kg Peso de combustible: 17500 kg
47
La situación mas restrictiva, que choque el MAD en el suelo Eso se produce con α = 9,7º En configuración de despegue αstall = 9,16º
No se produce ningún impacto durante el despegue
ESTRUCTURAS Configuración de despegue
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
52
Despegue
DISTANCIA DE DESPEGUE 1217 m. < 1700 m. RFP Tiempo: 23 segundos Consumo de combustible: 7,5 kg.
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
54
Subidas
Segmento Tiempo Distancia
horizontal Consumo
(kg) Fracción
Primero 14 min. 46 seg 57 mn 666,82 0,9857
Segundo 8 min. 48 seg 34,5 mn 423,33 0,9880
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
55
100 200 300 400 5000
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
4 Subida 1
Pot
enci
a (h
p)
Velocidad(knots)100 200 300 400 500
0
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
4 Subida 2
Pot
enci
a (h
p)
Velocidad(knots)100 200 300 400 500
0
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
4 Subida 3
Pot
enci
a (h
p)
Velocidad(knots)
Potencia requeridaPotencia disponiblePotencia disponible 95% PalancaPotencia disponible 90% PalancaVelocidad del tramo según RFP
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
56
Cruise Estudio de velocidades
Tiempo de crucero Ida 3 horas Vuelta 3 horas Consumo Ida 4577 kg Vuelta 4000 kg
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
57
50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2x 10
4 CRUCERO 1
Velocidad(knots)
Pote
ncia
(hp)
Potencia requeridaPotencia disponiblePotencia disponible 90% PalancaPotencia disponible 80% PalancaVelocidad Mínima en Crucero
50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2x 10
4 CRUCERO 2
Velocidad(knots)
Pote
ncia
(hp)
Potencia requeridaPotencia disponiblePotencia disponible 90% PalancaPotencia disponible 80% PalancaVelocidad Mínima en Crucero
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
58
Loiter
Estudio de velocidades
Tiempo Distancia Radio de
giro Consumo
(kg) Fracción
8 horas 2300 km 974,4 m. 6488 0,8447
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
59
50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
4 LOITER
Velocidad(knots)
Pot
enci
a (h
p)
Potencia requeridaPotencia disponiblePotencia disponible 80% PalancaPotencia disponible 60% PalancaPotencia disponible 40% PalancaVelocidad Máxima en LoiterVelocidad de operación:155Kts
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
60
Descensos 100 150 200 250 300 350-6.5
-6
-5.5
-5
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
Velocidad(knots)
Gam
ma(
deg)
Ángulo del descenso 1
GammaVelocidad de entrada en pérdida
50 100 150 200 250 300 350-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
Velocidad(knots)
Gam
ma(
deg)
Ángulo del descenso 2
GammaVelocidad de entrada en pérdida
Segmento Tiempo Distancia
horizontal Consumo
(kg) Fracción
Primero 17 min. 44 seg 174 mn 477,02 0,9887
Segundo 16 min. 34 seg 163 mn 454,08 0,9855
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
61
Aterrizaje
DISTANCIA DE ATERRIZAJE 1130 m. < 2000 m. RFP Tiempo: 27 segundos Consumo de combustible: 9 kg.
Fracción Comienzo (kg) Final (kg) Consumido
(kg)
Tiempo maniobra Carga alar (Pa)
Despegue 0,999842377 47529,0847 47521,593 7,49169038 23 seg 4238,73
Subida 1 0,999194218 47521,593 47483,3009 38,2920539 38 seg 4238,06
Subida 2 0,995864142 47483,3009 47286,9167 196,384193 3 min 13 seg 4234,64
Subida 3 0,990861041 47286,9167 46854,7635 432,15321 10 min 55 seg 4217,13
Crucero 1 0,902316187 46854,7635 42277,8116 4576,95196 2 horas 55 min 4178,59
Descenso1 0,988716903 42277,8116 41800,7869 477,024658 17 min 44 seg 3770,41
Loiter 0,844768421 41800,7869 35311,9848 6488,80214 8 horas 3727,87
Subida 4 0,995388663 35311,9848 35149,1493 162,83545 2 min 8 seg 3149,18
Subida 5 0,992588679 35149,1493 34888,6477 260,501624 6 min 40 seg 3134,66
Crucero 2 0,885543531 34888,6477 30895,4163 3993,23141 3 horas 1 min 3111,43
Descenso2 0,98557283 30895,4163 30449,6828 445,733435 16 min 34 seg 2755,30
Espera 0,99044579 30449,6828 30158,7602 290,922675 30 min 2715,55
Aterrizaje 0,999708474 30158,7602 30149,9681 8,79205563 27 seg 2689,61
Taxi 150 30149,9681 29999,9681 150 15 h. 24 min 2688.82
62
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
63
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Velocidad (keas)
Fac
tor d
e C
arga
Diagrama V-n
A
A’
A’’
B’
B
Vc Vd
Va
Vs
Vsneg
ACTUACIONES Y PROPULSIÓN
64
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80002.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
x 104
Alcance (mn)
Pes
o (k
g)
Diagrama Carga de Pago - Alcance
A 350knotsPeso en VacíoPeso en Despegue
A
B
C D