cÁlculo de g5 aviones - aero.us.esaero.us.es/adesign/trabajos/curso_2006_07/grupo_05.pdf ·...
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CONTROL YESTABILIDAD
PROPULSIÓN Y ACTUACIONES ESTRUCTURAS
AERODINÁMICA
DISEÑO
INGENIERÍA CONCURRENTE
María LuisaLópez Villarejo
Ana MaríaHuerta Rivera
Juan CarlosRayo Linares
Diego MartínezFernández
Vicente JoséBravo Sánchez
OBJETIVOS
INCREMENTAREFICIENCIA
AERODINÁMICA
MAXIMIZAR ALCANCE Y AUTONOMÍA
DISMINUIR PESO(NUEVOS
MATERIALES)
DISMINUIR COSTES
Datos (S.I.)
6,9D73L
000148.0C
8.062.255V4025S
76,18Dcrucero/L6085.0C
6.2C0.36entoEstrechami
882.5S1666815W2340153W5516893W
bhp
prop
stall
wet
Lcrucero
Lmax
alar
f
e
o
==
=
===
==
==
====
η
242000
69,5
8,1535.81
109.0
003.095.235V
12496.84
5.262150000
10R
1.2250.288475
cruceroMIN
6
despegue
=
=
====
==
==
==
=
==
VOL
C
CbCC
C
hNVW
fuel
wingtip
wingroot
ht
vt
fe
crucero
motores
cruceroMAX
PL
crucero
ρρ
Veloc.entrada pérdida (m/s) 62,25 Veloc.entrada pérdida (m/s) 62,25Densidad despegue (kg/m3)) 1,225 presión dinámica (N/m2) 2373,48Clmax ala 2,6 carga alar (W/S) (N/m2) 6171,04Carga potencia (N/Wat) 0,065200025
Potencia motor (Wat, cada u 20880562,5 Wo (N) 5445652,8
Número motores 4 area alar (m2) 882,5
S wet (m2) 4025
Swet/Sref 4,994416181 Cdo 0,0150Cfe 0,003 K (=1/piAe) 0,0472Aspect ratio (A) 7,5 W/S crucero 6047,6Densidad crucero (kg/m3)) 0,28848 Velocidad crucero (m/s) 262,5Velocidad crucero (m/s) 262,5 Presión dinámica (N/m2) 9938,9
0,9 1 L/D crucero 18,760,98 CL-crucero 0,608481567
Consumo específico (s/m) 0,000148 empuje (N) 318180Rend.propulsivo crucero 0,8 consumo (Ns/m) 47,10831667Alcance (m) 10000000
0,975 Exponente breguet 0,3102-0,06 Wf/Wo 0,28502756
Sobrestimación comb (%) 6 Wf/Wo con sobreestimación 0,3021292091,07656034
Peso tripulación (N) 10000 Peso comb (N) 1645290,8Peso pasajeros (N) 0 Vol comb (m3) 274215,1Peso carga pago (N) 1500000
Estrechamiento ala 0,36 Envergadura ala (m) 81,35flecha (grados) 30 Cuerda raíz (m) 15,95diedro (grados) 12 Cuerda punta (m) 5,74
Cuerda media (m) 11,65centro aerodinamico (Ybarra) 17,148053
Brazo horizontal cola (m) 36 Sht (horizontal) (m2) 285,53Cht (coef volumen) 1Brazo vertical cola (m) 36 Svt (vertical) (m2) 179,48Cvt (coef volumen) 0,09
carg
a al
arW
o pa
ra u
n al
canc
e (m
otor
aún
no
sele
ccio
nad
e (Oswald)Wcrucero/Wo
Constante Wo "a"
Sobreestimación peso no-crucero
Entradas
geom
co
las
geom
ala
Constante Wo "b"
Valores calculados
Mot
or
Consideraciones iniciales
Sistema de Combustible
) 3
sin12215 ftV
tradomotorencasfdisponible=
) 310705 ftVstradoconmotorcafdisponible
=
> Vf)necesario= 9680 ft3
> Vf)necesario= 9680 ft3
No necesitamos depósitos externos
Sistema de Presurización
Como h=41000 ft: presurizar la cabina dP=P(h=8000 ft)-P(h=41000 ft)=8,3 psi
Consideraciones iniciales
Sistema de carga: dimensionado de la zona de transporte
2,23
1,346,06
2,44
peso localización Momento peso localización MomentoN m Nm N m Nm
Estructuras 1640018,9 59980649 Equipo 202615,9 1103219Ala 330793,843 23,0 7608258 Controles de vuelo 154,78 2,0 310Cola Horizontal 114977,033 68,0 7818438 Instrumentos 7226,83299 2,5 18067Cola Vertical 113232,427 68,0 7699805 Hidráulica 824,703169 36,5 30102 Ventral Tail 0 Eléctrica 8347,45937 36,5 304682Fuselaje 681285,146 36,5 24866908 Aviónica 3796,07119 4,3 16323pallets 214000 30,5 6527000 Aire acondicionado 948,107412 4,3 4077Góndola en Ala 58281 26,5 1544447 Antihielo 10638,3262 36,5 388299Cubierta del motor 0 Equipo&mobiliario 170679,574 2,0 341359Montura del motor 0Tren prinicipal 108578,605 35,2 3821967 (% We permitido) 9Tren morro 18870,8737 5,0 93826 We permitido 195960,9 32,1 6297879
PROPULSION 334708,7 8892560 PESO TOTAL EN VACÍO 2373304,4 32,1 76274306Motor 299169 26,5 7927979Difusor 0 carga de Pago 2945772,6Refrigeración 0 Tripulación 10,0 100,0 1000Tobera 0 Combustible 1445662,6 7,5 10842469Controles Motor 542,5056 26,5 14376 Aceite 100 5,0 500Instalaciones miscelánea 1595,74892 35,2 56170 Pasajeros 0 8,0 0Hélice 0 Carga de pago 1500000 10,0 15000000Arrancador 3427,44129 26,0 89113Sistema de combustible 29973,9977 26,9 804922 PESO TOTAL DESPEGU 5319076,9 19,2 102118276
trip+carga pago, sin com 3873414,4 23,6 91275806trip, sin comb ni carga pa 2373414,4 32,1 76275806sólo trip, sin comb 2373414,4 32,1 76275806sólo trip, con comb 3819076,9 22,8 87118276
b -0,06a 1,07656034
Posibles Condiciones de Carga
Estudio del CDG
Wf/Wo 0,302129209a 1,07656034b -0,06
Wo)supuesto We/Wo We Wo)calculado5319076,9 0,425097157 2261124,47 5535725,643
5535725,643 0,424080109 2347591,14 5515162,1345515162,134 0,424174815 2339392,88 5517070,5285517070,528 0,42416601 2340153,8 5516893,047
Valores CalculadosWo 5516893We 2340153,8Wf 1666814,5Wpl 1510000
Estudio del CDGELEMENTO W (N) X (m)
fuselaje 681285,146 30,637ala 330793,843 29,82cola horizontal 114977,033 71,082cola vertical 113232,427 69,486tren aterrizaje principal 108578,605 35,2tren aterrizaje de morro 18870,8737 4,972motor 357549 29,82carga pago 1500000 36,5controles motor 542,5 26,5starter 3227,44 26sistema combustible 29973,9977 36,854controles de vuelo 154,78 2instrumentos 7226,833 2,5sistema hidráulico 824,7 36,5sistema eléctrico 3796 36,5aviónica 8347 4,3mobiliario 170679 2sistema antihielo 10638,32 36,5handling rueda 1595 35,2pallets 214000 30,5aire acondicionado 948 4,3
PESO SIN CARGA PAGO 2177240,498PESO TOTAL 3677240,498CENTRO GRAVEDAD 33,95164
Otras ConfiguracionesCDG: SIN CARGA DE PAGO 32,19595CDG: LLENADO A LA MITAD 33,29871
33,29871LLENADO A LA MITAD32,19595SIN CARGA DE PAGO33,95164LLENADO COMPLETO
(en función de la carga de pago)
XcdgCENTRO GRAVEDAD en distintas configuraciones
Análisis de sensibilidad de Wo
“y”: variable a partir de la cual vamos a hacer el estudio de sensibilidad:
Como las derivadas parciales respecto a A y B son nulas (constantes para nuestro avión), se obtiene que:
A=0,0833B=1,0454C=0,791D=1510000F=13569445,74
Análisis de sensibilidad de Wo
=PL
TO
dWdW
a. Carga de pago
3,99
=E
TO
dWdW
b. Peso en vacío
2,464
=dR
dWTO
c. Alcance
0,408 N/m
=dE
dWTO
d. Autonomía
107,1 N/s
=dV
dWTO
e. Velocidad de crucero
-1544,16 Ns/m
( ) =DLddWTO
/
f. L/D
-19028,3
GE90-85B
Wo calculado (N) 5516893,047
Motor de al menos(crucero) (Wat) 18917248,68Motor de al menos(crucero) (N) 72066 (lb) 15854,46 CRUCERO
Motor de al menos(despegue)(Wat) 80331500,6Motor de al menos(despegue)(N) 229166 (lb) 50416,61 DESPEGUE
Empuje motor seleccionado (N) 79545 (lb) 17500 CRUCEROPotencia motor seleccionado (Wat) 20880681,82Carga potencia (N/Wat) 0,066052597
Empuje motor seleccionado a (N) 347272,7273 (lb) 76400 DESPEGUE
) )) motorescrucero
cruceronecesariomotor
NDL
WoE
⋅=
8,0
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
despegue
crucero
despegue
crucero
EE
ρρ
Despegue
0
100000000
200000000
300000000
400000000
500000000
600000000
700000000
800000000
900000000
1000000000
0 100 200 300 400 500V (m/s)
Potencia necesaria Potencia disponible
P (W
at)
GRÁFICA P-V
50% flaps
0100000000200000000300000000400000000500000000600000000700000000800000000900000000
1000000000
0 100 200 300 400 500
P (W
at)
V (m/s)
Potencia necesaria Potencia disponible
GRÁFICA P-V
Crucero
0
20000000
40000000
60000000
80000000
100000000
120000000
140000000
160000000
0 100 200 300 400 500
P (W
at)
V (m/s)
Potencia necesaria Potencia disponible
GRÁFICA P-V
Techo absoluto y techo de servicio
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
0 5 10 15 20 25 30
(R/C) max (m/s)
Altit
ud (m
)
16036Y=0X=
Techo absoluto
15872,48Y=0,508X=
Techoservicio
Despegue
•Distancia total será de:
=+= gaT SSS 5547 m
OBa senRS θ⋅= = 3126 m
Sg = 2420 m
Aterrizaje
TDTDT
A
AG VNV
JJ
gJS ⋅+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= 21ln
21
= 625 m
a
fa tag
hS
θ−
=24,15
= 218 m
af senRS θ⋅= =144,8 m
=++= gfaTOTAL SSSS 988,5 m
Al ser la resistencia del ala mayor que la de los dos motores consideraré la resistencia total del ala como la suma de ambas. En la realidad será inferior.
410867.5 −⋅
4102102.2 −⋅
0.0275CDconfiguración
limpia
0.019610.045670.0355CD
ala,fuselaje,cola
0.017470.01750.01750.0133CDi
0.00280.0038CD0
cola
0.005990.00864CD0
fuselaje
0.00050340.006140.00730.0306CD0
ala
RaymerRoskamTorembeekSnack
0.0175
0.0175
0.02880.250.055960.194688ATERRIZAJE
0.04720.027760.01026ESPERA
0.04720.027760.01026CRUCERO
0.04720.193430.021630.1718SUBIDA
0.02880.161210.040810.1204DESPEGUE
KCDCD0CDi
OBJETIVOS
Avión estable estáticamenteLongitudinalLateral-Direccional
Margen estático C.D.G. Y A.C.
Análisis de trimado
Requerimientos críticos