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Cálculo de Aeronaves
REVISIÓN FINAL
Proyecto Hummingbird1
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1. Diseño2. Estructuras3. Aerodinámica4. Estabilidad y Control5. Propulsión6. Actuaciones7. Avances Tecnológicos
Índice
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DISEÑO
Diseño
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1. Evolución del diseño2. Tren de aterrizaje3. Planos y dimensiones4. Active noise cancellation5. Windowless fuselage (CPI)
Índice
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Evolución del diseño
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Evolución del diseño
Evolución del diseño
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Evolución del diseño
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2ª REVISION
3ª REVISION
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Evolución del diseño
Evolución del diseño
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• Altura (H): Se ha elegido de tal maneraque los pasajeros puedan ir erguidos.H=2.3m quedando 𝐻𝐻𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 1,900.
• Anchura (W): Se ha elegido W=2m,quedando 𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 1,8𝑚𝑚
• 𝐷𝐷𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎 = 2,15𝑚𝑚
Evolución del diseño
Evolución del diseño
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Planos y dimensiones
Planos y dimensiones
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Evolución del diseño
Planos y dimensiones
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Tren de aterrizaje
Tren de aterrizaje
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Planos y dimensiones
Planos y dimensiones
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SistemasMEA: Es una realidad que permite reducir los sistemas hidráulico y neumático de potencia mediante un sistema eléctrico de mayor envergadura
Ventajas:• Se prescinde del sangrado de aire en el motor, disminuyendo
el consumo específico.• Más seguro.• Menor coste de mantenimiento
Hidráulico
NeumáticoElectro-Hidráulico
Eléctrico
Sistemas
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Sistemas
Aeronave Convencional:
• 2 Sistemas hidráulicos• Sistema neumático que
obtiene el aire del sangrado del motor.
• Sistema eléctrico
MEA:
• 1 Sistema hidráulico + 1 Sistema electrohidráulico
• Sistema neumático obtiene el aire del exterior llevándolo directamente a compresores eléctricos, sin sangrado
• Sistema eléctrico más robusto.
Toma de aire
Sistemas
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ESTRUCTURAS
Estructuras
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1. Estudio de los pesos2. Lógica de materiales3. Diagrama V-n4. Cargas5. Envolvente del centro de gravedad6. Comparativa de pesos
Índice
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Estimación de fracciones de peso
• Fracción de peso en vacío:
• Fracción de peso de combustible:
• Peso de la tripulación y de la carga de pago:
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• Se consigue aumentar la carga alar:
lo cual permite reducir la superficie sustentadora y con ello el peso.
• Con estos datos e iterando se alcanzan los siguientes valores finales desuperficie y peso.
Método de los Factores Lineales
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Método Completo – Pesos finales
Estructura
Sistemas
Tripulación
Carga de pago
Combustible
Peso total Estructuras 1675 kg
Sistemas 1027 kg
Tripulación 252 kg
Carga de pago 309 kg
Combustible 1255 kg
Peso en vacío 2702 kg
MTOW 5056 kg
Carga alar 290.5 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚2
Superficie alar 14 𝑚𝑚2
Superficie canard 1.56 𝑚𝑚2
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Método Completo – Pesos finales
AlaVTP
Fuselaje
Tren de aterrizaje
Motores
Canard
Pesos estructuralesAla 236 kg
VTP 66 kg
Fuselaje 290 kg
Tren de aterrizaje 197 kg
Motores 844 kg
Canard 42 kg
Peso total Estructura+Refuerzos:
Peso Estructura 1622 kg
Peso Refuerzos 53 kg
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Método Completo – Pesos finales
FCS Sist. Hidráulico
Instrumentación
Sist. Eléctrico
APISist. Oxígeno
APU
Furnishing
Operational Items
Pesos de sistemas FCS 100 kg
Sist. Hidráulico 23 kg
Instrumentación 77 kg
Sist. Eléctrico 199 kg
API 232 kg
Sist. Oxígeno 13 kg
APU 16 kg
Furnishing 284 kg
Operational Items 85 kg
Peso total Sistemas:
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Materiales
• Lista de materiales:
Material Densidad [kg/m3]
CFRP (Fibra de carbono + resina Epoxy, cura a 100ºC)
1600
Aluminio 6061-T6 2700Aluminio 7075-T6 2810Titanio Ti-6Al-4V 4420Acero AISI 4130 6588
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90%
8%1,5% 0,5%
Fuselaje
CFRP
Al-6061
Al-7075
Ti-6Al-4V
Acero
30%
20%40%
6% 4% Ala
50%
5%
35%
8%2% Canard
50%
5%
35%
8% 2%VTP
Materiales
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Diagrama V-n
• Datos:
Positivo Negativo
Factor de carga límite (nlim) 2.5 -2
Factor de carga último (nult) 4 -3
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Factor de seguridad
Entrada en pérdida
Límite estructural
Límite estructural
Factor de seguridad
VA=63.7 keas
Vs=40.3 keas Vs,neg=65 keas
VC=236.7 keas
VD=295.9 keas
= 4
= 2.5
= -2
= -3
Normal operating range
Caution range
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Diagrama V-n
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Distribución de cargas
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Cargas – Ala y Canard
• Resultante vertical: 98157 N
• Resultante del flector: 408213 Nm
• Resultante del torsor: 2498 Nm
• Resultante vertical: 9308 N
• Resultante del flector: 11484 Nm
• Resultante del torsor: 267 Nm
Ala Canard
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Cargas – Tren de aterrizaje
1) Aterrizaje nivelado (n=0.49, W=0.85W0)a) Dos puntosb) Tres puntos
2) Tail down landing (n=0.64, W=0.85W0)
3) Aterrizaje a una rueda (n=0.64, W=0.85W0)
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4) Carrera de despegue (n=0,
W=W0)
5) Balance frenado (n=0, W=W0)
a) Dos puntos
b) Tres puntos
6) Remolque (n=0, W=W0)
Cargas – Tren de aterrizaje
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Envolvente Centro de Gravedad
Maximun Take Off Weight
Maximun Landing Weight
Zero Fuel Weight
Operation Empty Weight
Structural Reserve Empty Weight
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Comparativa Pesos
ZephyrHummingbird
GatesLearjet 28
CessnaCitation II
Estructura 1675 kg 2142 kg 1514 kg
Sistemas 1027 kg 1182 kg 1021 kg
Combustible 1428 kg 2125 kg 2272 kg
Peso en vacío 2702 kg 3906 kg 3186 kg
TOGW 5056 kg 6804 kg 6123 kg
Learjet 28 Cessna Citation II32
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AERODINÁMICA
Aerodinámica
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1. Análisis de perfiles2. Geometría del ala y el VTP3. Análisis de ala y VTP4. Geometría y Análisis del Canard5. Polar del avión
Índice
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• Análisis de perfiles para el ala: XFLR5
• Análisis de perfiles para el canard: XFLR5
Análisis de perfiles
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Máximo espesor = 15%Máxima curvatura = 1.8%
Perfil ala y canard
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Característica NACA 0012
Cdmin 0,005
αs 7,5
Clmax 1,05
Clo 0
Clα 4,95 (3D)
Perfil VTP
Perfil simétricoMáximo espesor = 12%
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Geometría VTP
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Clα=4,6
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AR = 10,6
E1 = 0,6; ψ1 = 27,3º
E2 = 0,4; ψ2 = 27º
S = 14 m2
Geometría ala
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Datos del ala
αs 12
Clmax 1,40
Entrada en pérdida Brusca
Xca 1,76
Cmo -0,014
Datos del ala
Cdmin 0,0085
(Cl/Cd)max 33
α de máxima eficiencia
5
Clo 0,081
Clα 0,075
Análisis ala y VTP
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Datos del ala
Cdmin 0,00083
(Cl/Cd)max 31
α de máxima eficiencia
5
Xca 0,65
Cmo -0,00015
Datos del canard
αs 12,5
Clmax 0,14
Entrada en pérdida Brusca
Clo 0,0084
Clα 0,0076
AR = 10,92
E = 0,6 ; ψ = 29,3º
S = 1,556 m2
Análisis canard
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● Polar del avión en configuración limpia
CD=CD0+k1CL+k2CL2
CD0
Ala, canard y verticales
0.0087
Fuselaje 0.0088
Motores 0.0017
Pérdidas y protuberancias
0,00058
Polar del avión
CD0= 0.0198k1= -0.003k2= 0.0314
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● Polar del avión en configuración sucia
CD=CD0+k1CL+k2CL2
NO SE REQUIEREN DISPOSITIVOS HIPERSUSTENTADORES
CD0
Ala, canard y verticales
0.0087
Fuselaje 0.0088
Motores 0.0017
Tren de aterrizaje 0.021
Pérdidas y protuberancias
0.00058
Polar del avión
CD0= 0.0408k1= -0.003k2= 0.0314
CLmax=1,56
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ESTABILIDAD Y CONTROL
Estabilidad y Control
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1. Estabilidad longitudinal• Incidencia de las superficies sustentadoras• Margen estático• Trimado longitudinal durante el crucero
2. Estabilidad lateral• Superficies de control lateral-direccional• Condiciones One Engine Inoperative• Condiciones de viento cruzado
3. Estabilidad dinámica• Presentación de derivadas de estabilidad• Estudio de la dinámica longitudinal• Estudio de la dinámica lateral
Índice
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Estabilidad Longitudinal (I)
INCIDENCIAS DE ALA Y CANARD
Criterios:• Generar la sustentación necesaria: 𝑊𝑊 = 𝐿𝐿 = 𝐿𝐿𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 + 𝐿𝐿𝑤𝑤𝑐𝑐𝑐𝑐𝑤𝑤• El canard debe entrar en pérdida antes que el ala.Sistema de 2 ecuaciones con dos incógnitas:
2𝑊𝑊𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑉𝑉𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎2 𝑆𝑆𝑐𝑐𝑎𝑎𝑟𝑟
= 𝐶𝐶𝐿𝐿0𝑤𝑤 + 𝑖𝑖𝑤𝑤𝐶𝐶𝐿𝐿𝐿𝐿𝑤𝑤 + 𝐶𝐶𝐿𝐿0𝑐𝑐 + 𝑖𝑖𝑐𝑐𝐶𝐶𝐿𝐿𝐿𝐿𝑐𝑐
𝑖𝑖𝑐𝑐 = 𝑖𝑖𝑤𝑤 + 2𝑜𝑜⇒
𝒊𝒊𝒘𝒘 = 𝟏𝟏,𝟗𝟗𝟗𝟗𝒐𝒐
𝒊𝒊𝒄𝒄 = 𝟗𝟗,𝟗𝟗𝟗𝟗𝒐𝒐
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Estabilidad Longitudinal (II)
POSICIONAMIENTO DE LAS SUPERFICIES SUSTENTADORASCriterios:• Equilibrio de momentos en vuelo de crucero.• Margen estático adecuado, ME = 𝑋𝑋𝑁𝑁𝑁𝑁−𝑋𝑋𝐶𝐶𝐶𝐶
𝑐𝑐≈ 0,22.
Estudio realizado en el punto medio del crucero. Cada posible situación del centro de gravedad proporciona una combinación de posiciones para ala y canard.
Finalmente, se tienen las siguientes posiciones:
𝑿𝑿𝒘𝒘 = 𝟏𝟏𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟏𝟏𝒎𝒎𝑿𝑿𝒄𝒄 = 𝟗𝟗,𝟐𝟐𝟏𝟏𝒎𝒎
El centro de gravedad a mitad de crucero queda:
𝑿𝑿𝑪𝑪𝑪𝑪_𝒛𝒛𝒛𝒛 = 𝟗𝟗,𝟐𝟐𝟏𝟏𝒎𝒎𝑿𝑿𝑵𝑵𝑵𝑵 = 𝟗𝟗,𝟒𝟒𝟗𝟗𝒎𝒎
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Estabilidad Longitudinal (III)
EVOLUCIÓN DEL CENTRO DE GRAVEDAD DURANTE EL CRUCERO
OBJETIVO: Mínimo desplazamiento del centro de gravedad de la aeronave durante el crucero.Solo con depósitos en ala y canard el centro de gravedad total experimenta variaciones importantes.
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Estabilidad Longitudinal (IV)
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SOLUCIÓN: Tercer depósito situado en la mitad del fuselaje que permite ajustar la posición del centro de gravedad del combustible a la misión.
Ley de consumo proporcional al combustible contenido en cada depósito ⇒ Posición del centro de gravedad del combustible se mantiene constante.
EVOLUCIÓN DEL CENTRO DE GRAVEDAD DURANTE EL CRUCERO
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Estabilidad Longitudinal (V)
EVOLUCIÓN DEL CENTRO DE GRAVEDAD DURANTE EL CRUCERO
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Estabilidad Longitudinal (VI)
TRIMADO LONGITUDINAL DE LA AERONAVE EN CRUCERO
𝑆𝑆𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 1,56 𝑚𝑚2
𝑆𝑆𝑎𝑎/𝑆𝑆𝑐𝑐 = 0,3
𝑆𝑆𝑎𝑎 = 0,47 𝑚𝑚2
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Estabilidad Longitudinal (VII)
TRIMADO LONGITUDINAL DE LA AERONAVE EN CRUCERO
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DIMENSIONAMIENTO DE LOS ALERONES
Estabilidad Lateral (I)
Geometría
𝑌𝑌𝑐𝑐 4 𝑚𝑚
𝑌𝑌𝑟𝑟 5 𝑚𝑚
𝑐𝑐𝑐𝑐/𝑐𝑐𝑤𝑤 0,15
𝑆𝑆𝑐𝑐𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 0,369 𝑚𝑚2
CRITERIO:• 𝑃𝑃 > 0,561 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠 ⇒ Giro de 45𝑜𝑜 en 1,4 𝑠𝑠 con
condiciones: 𝑉𝑉 = 𝑉𝑉𝑐𝑐𝑜𝑜𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎𝑐𝑐 = 52,188 𝑚𝑚/𝑠𝑠 𝛿𝛿𝑐𝑐𝑚𝑚𝑡𝑡𝑚𝑚 = 20𝑜𝑜
𝑪𝑪𝒍𝒍𝒑𝒑 −0,659
𝑪𝑪𝒍𝒍𝜹𝜹𝒂𝒂 0,163
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Estabilidad Lateral (II)
DIMENSIONAMIENTO ESTABILIZADOR VERTICAL
Criterios:• Satisfacción de los requerimientos para condiciones One Engine Inoperative• Vuelo con viento cruzado, 𝛽𝛽 = 15𝑜𝑜• 𝐶𝐶𝑐𝑐𝑛𝑛 > 0 ⇒ MÁS RESTRICTIVO
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Estabilidad Lateral (III)
DIMENSIONAMIENTO ESTABILIZADOR VERTICAL
SOLUCIÓN ADOPTADA
Estabilizador vertical y timón de dirección en punta
de ala.𝑆𝑆𝑉𝑉𝑤𝑤 = 3,22 𝑚𝑚2
𝑆𝑆𝑐𝑐/𝑆𝑆𝑉𝑉𝑤𝑤 = 0,31
Estabilizador vertical en la cola 𝑆𝑆𝑉𝑉𝑡𝑡 = 0,78 𝑚𝑚2
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DERIVADAS DE ESTABILIDAD-CONTROL Y DE ESTABILIDAD-LATERAL DIRECCIONAL
Estabilidad Lateral (IV)
𝒄𝒄𝒚𝒚𝜹𝜹𝒓𝒓 0.5384
𝒄𝒄𝒍𝒍𝜹𝜹𝒓𝒓 0.0199
𝒄𝒄𝒏𝒏𝜹𝜹𝒓𝒓 -0.1445
𝒄𝒄𝒚𝒚𝜹𝜹𝒂𝒂 0
𝒄𝒄𝒍𝒍𝜹𝜹𝒂𝒂 0.163
𝒄𝒄𝒏𝒏𝜹𝜹𝒂𝒂 -0.012
𝒄𝒄𝒚𝒚𝜷𝜷 -1.1874
𝒄𝒄𝒍𝒍𝜷𝜷 -0.1566
𝒄𝒄𝒏𝒏𝜷𝜷 0.0515
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DESPEGUE EN CONDICIONES DE FALLO MOTOR𝑉𝑉 = 65,5 𝑚𝑚/𝑠𝑠
𝜌𝜌 = 1,225 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3
𝑊𝑊 = 𝑊𝑊0 = 4518 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑃𝑃𝑚𝑚𝑐𝑐𝑚𝑚 = 1548,96 𝑘𝑘𝑊𝑊 ⇒ 𝑃𝑃𝑎𝑎𝑐𝑐𝑤𝑤 = 774,48 𝑘𝑘𝑊𝑊
𝐹𝐹𝑎𝑎𝑐𝑐𝑤𝑤 = 9452,3 𝑁𝑁
𝑟𝑟 = 2,4 𝑚𝑚𝑁𝑁𝑎𝑎𝑐𝑐𝑤𝑤 = 24,954 𝑘𝑘𝑁𝑁 ⋅ 𝑚𝑚
En estas condiciones e imponiendo ángulo de resbalamiento nulo, 𝛽𝛽 ≈ 0𝑜𝑜
�𝜙𝜙 = −10,83𝑜𝑜𝛿𝛿𝑐𝑐 = −2,84𝑜𝑜𝛿𝛿𝑐𝑐 = 22,34𝑜𝑜
Estabilidad Lateral (V)
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DESPEGUE EN CONDICIONES DE VIENTO CRUZADO
𝑉𝑉 = 65,5 𝑚𝑚/𝑠𝑠
𝜌𝜌 = 1,225 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3
𝑊𝑊 = 𝑊𝑊0 = 4518 𝑘𝑘𝑘𝑘
𝛽𝛽 = 15𝑜𝑜 ⇒ 𝑉𝑉𝑤𝑤 = 17,5 𝑚𝑚/𝑠𝑠
�𝜙𝜙 = 14,27𝑜𝑜𝛿𝛿𝑐𝑐 = 16,27𝑜𝑜𝛿𝛿𝑐𝑐 = 4,67𝑜𝑜
En estas condiciones, las siguientes deflexiones y ángulo de balance son requeridos para mantener el equilibrio de la aeronave:
Estabilidad Lateral (VI)
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Estabilidad Dinámica (I)
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TABLA DE DERIVADAS DE ESTABILIDAD
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Estabilidad Dinámica (II)
Corto período Fugoide
Muy amortiguado Muy poco amortiguado
Se amortigua por la
contribución de:
𝑪𝑪𝑴𝑴𝜶𝜶 -4.65
Se amortigua por el efecto de la resistencia aerodinámica
𝑪𝑪𝑴𝑴𝒒𝒒 -15.51
𝑪𝑪𝑴𝑴ἀ -80.34
Involucra a α y a q Involucra a u y a θ
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ESTABILIDAD DINÁMICA LONGITUDINAL
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Estabilidad Dinámica (III)
Autovalores 𝝎𝝎𝒏𝒏 (rad/s) T (s) ζ 𝒕𝒕𝟏𝟏/𝟐𝟐(s) 𝑵𝑵𝟏𝟏/𝟐𝟐 𝜹𝜹
-0.3466 + 3.2072i
3.23 1.95 0.108 1.99 1.02 0.68 CORTO PERIODO
-0.3466 - 3.2072i
-0.0337 + 0.0586i
0.068 92.96 0.499 20.55 0.19 3.63 FUGOIDE
-0.0337 - 0.0586i
61
ESTABILIDAD DINÁMICA LONGITUDINAL
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Estabilidad Dinámica (IV)
62
ESTABILIDAD DINÁMICA LONGITUDINAL
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Estabilidad Dinámica (V)
Balanceo holandés Converg. en balance Espiral
Muy poco amortiguado Muy amortiguado Muy poco amortiguado
𝒄𝒄𝒏𝒏𝜷𝜷 0.052 𝒄𝒄𝒍𝒍𝒑𝒑 -0.66 𝒄𝒄𝒏𝒏𝜷𝜷 0.052
𝒄𝒄𝒍𝒍𝜷𝜷 -0.16 𝑰𝑰𝒙𝒙𝒙𝒙 502417 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚2 𝒄𝒄𝒍𝒍𝜷𝜷 -0.16
Involucra a β y a Ψ Involucra a ɸ Involucra a ɸ y a Ψ
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ESTABILIDAD DINÁMICA LATERAL
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Estabilidad Dinámica (VII)
Autovalores 𝝎𝝎𝒏𝒏 (rad/s) T (s) ζ 𝒕𝒕𝟏𝟏/𝟐𝟐(s) 𝑵𝑵𝟏𝟏/𝟐𝟐 𝜹𝜹
-0.0056 + 0.3888i
0.39 16.16 0.014 124.64 7.69 0.09 BALANCEO HOLANDÉS
-0.0056 - 0.3888i
-0.2333 0.2333 - 1 2.97 - - CONVERGENCIA EN BALANCE
-0.0076 0.0076 - 1 91.26 - - ESPIRAL
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ESTABILIDAD DINÁMICA LATERAL
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Estabilidad Dinámica (VIII)
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ESTABILIDAD DINÁMICA LATERAL
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PROPULSIÓN
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1. Elección de motor 2. Adaptación del motor3. Gráficas de Actuaciones:
3.1 SFC vs V y SFC vs h3.2 P vs V y P vs h
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Elección de motor
Roll Royce RTM 322-01/9Fabricante Roll-Royce
Modelo RTM 322-01/9Potencia 2430 shp
Consumo específico 0.42 lb/shp hrLongitud 1.17 m
Ancho/Diámetro 0.66 mPeso 226.34 kg
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Adaptación del motorMOTOR: Roll Royce RTM 322-01/9
COMBUSTIBLE: JET-A1Densidad 815.9 kg/m3
HÉLICENúmero de palas 4 palas
Diámetro 3 mPeso de la hélice 33 kg
Peso del SPINNER 2 kgPeso de la REDUCTORA 47 kg
Peso total 308.34 kg
Sin escalar EscaladoPotencia 2430 shp 2106 shp
Consumo específico 0.42 lb/shp hr 0.42 lb/shp hrLongitud 1.17 m 1.1306 m
Ancho/Diámetro 0.66 m 0.6353 mPeso total (Sin hélice) 275.34 247.806 kg
Peso total 308.34 kg 280.806 kg
Escalado de motor (factor 0.9):
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Adaptación de motor
Configuración PUSHER
Redirigir toma de aire en la dirección de vueloRedirigir la salida de aire de
la tobera
Es necesario
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Estudio de motor
Gráficas de Actuaciones: SFCvsh y SFCvsV
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Estudio de motor
Gráficas de Actuaciones: Pvsh y PvsV
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ACTUACIONES
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1. Selección de la Carga Alar2. Misión Económica3. Misión de Diseño4. Cumplimiento del RFP5. Diagrama Carga de Pago – Alcance6. Propuestas de mejora
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Selección de W/S
• Antes:
MTOW=5172kgS=20.56m 2 W/S=2467.77 N/m 2
• Ahora:
MTOW=4518kgS=15.56m 2
W/S=2848.43N/m 2
El grupo Zephyr decidió aumentar la carga alar
disminuyendo la superficie alar
Se logra
1. Disminuir la resistencia en crucero
2. Disminuir el peso de la aeronave
Conllevan
Disminuirconsumo
+Disminuir
tiempo
DISMINUIR CASM
SE LOGRÓ UNA DISMINUCIÓN DE 5 CÉNT$ DEL CASM
79
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Misión Económica
Sección 1 Sección 3
Sección 2
OBJETIVO: Transportar a 6 pasajeros un trayecto de 500 millas náuticas
Misión de 19 tramos
-2 Taxis-Despegue-5 Subidas-4 Aceleraciones-Crucero a V y h ctes-3 Descensos-2 Deceleraciones-Aterrizaje
Se distinguen 3 secciones principales
Taxi +Despegue + Subida (11 tramos)Crucero (1 tramo)
Descenso + Aterrizaje+ Taxi (7 tramos)
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Misión Económica
Análisis de la Sección 1 •Despegue:- Palanca: δ=0.5- Distancia total=270.04 m-Ángulo de subida hasta 1500ft: ɣ=9.74⁰
• Subidas:Subida Palanca
δÁngulo
ɣAltura inicial
Altura final
Velocidad
1 0.45 9.57 457.2m 3000m 108m/s
2 0.78 8.19 3000m 6096m 141m/s
3 0.99 1.62 6096m 9449m 205.3m/s
Resultados Totales de la Sección 1- Distancia Recorrida: 43.3 km
- Tiempo: 18.04 min- Combustible Consumido: 146.64 kg
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Misión Económica
Análisis de la Sección 2
Resultados del Crucero- Distancia Recorrida: 578.93 km
- Tiempo: 47.01 min-Combustible Consumido: 233.82 kg
-Palanca media: 0.81
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Misión Económica
Análisis de la Sección 3 •Descenso:
- Palanca de reversa: δ r =0-Tiempo en activar frenos: 3s- Distancia total=812.4 m
• Aterrizaje:
Descenso Palanca δ
Ánguloɣ
Altura inicial
Altura final
Velocidadmedia
1 0.18 -4.58 9449m 4000m 205.3m/s
2 0.1 -3.44 4000m 457.2m 150m/s
3 0.02 -2.86 457.2m 15.7m 70m/s
Resultados Totales de la Sección 3- Distancia Recorrida: 163.2 km
- Tiempo: 18.43 min- Combustible Consumido: 48.21 kg
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Misión Económica
1. Tecnología MEA2. Máxima altitud3. Crucero a máxima velocidad4. Subidas y Descensos a altas velocidades
Resultados totales
Distancia 927.8 km
Fuel consumido 383.51 kg
Tiempo 1h 23min
CASM 174.87 céntimos de $
Optimización CASM
Reducción del Consumo de Combustible
Reducción del Tiempo de Vuelo
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Misión de Diseño
Sección 1 Sección 3
Sección 2
OBJETIVO: Transportar a 3 pasajeros un trayecto de 1500 millas náuticas
Misión de 17 tramos
-2 Taxis-Despegue-3 Subidas-3 Aceleraciones-Crucero a V y h ctes-3 Descensos-3 Deceleraciones-Aterrizaje
Se distinguen 3 secciones principales
Taxi +Despegue + Subida (8 tramos)Crucero (1 tramo)
Descenso + Aterrizaje+ Taxi (8 tramos)
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Misión de Diseño
Análisis de la Sección 1 •Despegue:- Palanca: δ= 0.45- Distancia total= 372.03 m
• Subidas:
Resultados Totales de la Sección 1- Distancia Recorrida: 126.4 km
- Tiempo: 13 min 44 s- Combustible Consumido: 108.22 kg
Subida Palanca δ
Ánguloɣ
Altura inicial
Altura final
Velocidad
1 0.58 9.74 10.6m 3000m 121.7m/s
2 0.82 8.7 3251.5m 6096m 130m/s
3 0.97 3.67 6502.4m 9449m 169.8m/s
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Misión de Diseño
Análisis de la Sección 2
Resultados del Crucero- Distancia Recorrida: 2399.7 km
- Tiempo: 3 h 15 min- Combustible Consumido: 971.73 kg
- Palanca media: 0.82
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Misión de Diseño
Análisis de la Sección 3 •Descenso:
- Palanca de reversa: δ r = 0.05-Tiempo en activar frenos: 3s- Distancia total= 698.22 m
• Aterrizaje:
Descenso Palanca δ
Ánguloɣ
Altura inicial
Altura final
Velocidadmedia
1 0.0258 -0.054 9948.8m 5300m 140m/s
2 0.0266 -0.045 5300m 2000m 110m/s
3 0.0212 -0.03 2000m 15.3m 80m/s
Resultados Totales de la Sección 3- Distancia Recorrida: 266.29 km
- Tiempo: 41 min 9 s- Combustible Consumido: 25.4 kg
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Misión de Diseño
1. Tecnología MEA2. Máxima altitud3. Crucero a máxima velocidad4. Subidas y Descensos a altas velocidades
Resultados totales
Distancia 2793.4 km = 1508 nm
Fuel consumido 1111 kg
Tiempo 4h 10 min
CASM 345.5céntimos de $
Optimización CASM
Reducción del Consumo de Combustible
Reducción del Tiempo de Vuelo
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Cumplimiento del RFP
Altura = 2377mTemperatura = 302.5 K
Condiciones H&H
Variable Despegue Aterrizaje (85%fuel)
Palanca 0.6 0.05(reversa)
Pista empleada 423.33 m 968 m
Tiempo total 10.64 s 20.13 s
Combustible total 1.27 kg 0.55 kg
1. Despegue y aterrizaje “High and Hot”
2. Reserva:
Combustible consumido: 148.595 kg
Aterrizaje abortado y desvío a aeropuerto a 100 nm
90
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Cumplimiento del RFP
1 único motor a máxima potencia.
Variable Valor Exigido
Pista empleada 556.83 m < 1371.6 m
Ángulo de subida 1 27.58˚ > 1.37˚
Ángulo de subida 2 25.21˚ > 0.68˚
Tiempo total 30 s -
Combustible total 8.52 kg -
3. Despegue con fallo de un motor
91
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Carga de Pago - Alcance
• Misión de Diseño:Carga de pago=308.9kg
Alcance Máximo=2968km
•Misión Económica:Carga de Pago=617.8kg
Alcance Máximo=2216km
92
Para h=31000ft y M=0.68
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Propuestas de mejora
Se ha realizado el análisis del crucero a distintas velocidades de vuelo:
• Misión de Diseño (31000ft):
Mach Palanca Tiempo[s] Fuel Consumido [kg] CASM [cent$]
0.68 ~0.81 11731 973.8 315.9
0.7 ~0.88 11396 1037.8 309.2
0.72 ~0.94 11079 1106.9 303.0
0.75 ~1.06 10636 1237.8 295.3
- Planta motora capaz de proporcionar esta velocidad- Fuel Consumido<Fuel Disponible en Tanques =1428kg - Reducción del CASM en crucero de 12.9 cént$
Opción óptimaM=0.72
• Misión Económica (31000ft):
Menor peso de combustible
Posibilidad de aumentar más la Velocidad
Importante Efecto de Compresibilidad
El estudio se llevará a cabo en fases más
avanzadas del proyecto
9493
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AvancesTecnológicos
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Active Noise Cancellation
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Los micrófonos graban el ruido a eliminar y los altavoces lo reproducen con fase opuesta.
Reducciones de hasta el 50% del ruido en cabina.
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Active noise cancellation
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VENTAJAS:1. Reducción de la resistencia
aerodinámica.2. Mayor ángulo de visión del
exterior de los pasajeros.3. Reducción del espesor del
fuselaje.4. Disminución de peso ⇒𝑟𝑟𝑎𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎 𝑟𝑟𝑑𝑑 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑚𝑚𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠𝑐𝑐𝑖𝑖𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑.
Windowless fuselaje (CPI)
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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Cargas – Tren de aterrizaje
1) Aterrizaje nivelado (n=0.49, W=0.85W0)• Dos puntos:
Esfuerzo ValorAxil (de compresión) 8398 NCortante Y 4803 NMomento flector máx XY 4945 Nm
Esfuerzos plano frontal ValorCortante Z 4665 NMomento flector máx XZ 4803 Nm
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1) Aterrizaje nivelado (n=0.49, W=0.85W0)• Tres puntos:
Esfuerzo NLG MLGAxil [N] 1866 7582Cortante [N] 933 4337Flector [Nm] 840 4465
Esfuerzos frontal ValorCortante [N] 4665Flector [Nm] 4803
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Cargas – Tren de aterrizaje
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2) Tail down landing (n=0.64, W=0.85W0)
Esfuerzo ValorAxil (de compresión) 6603 NCortante Y 1741 NMomento flector máx XY 1792 Nm
Esfuerzos plano frontal ValorCortante Z 3293 NMomento flector máx XZ 3391 Nm
97
Cargas – Tren de aterrizaje
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3) Aterrrizaje a una rueda (n=0.64, W=0.85W0)
Esfuerzo ValorAxil (de compresión) 11856 NCortante Y 407 NMomento flector máx XY 419 Nm
Esfuerzos plano frontal ValorCortante Z 6587 NMomento flector máx XZ 6712 Nm
98
Cargas – Tren de aterrizaje
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4) Carrera de despegue (n=0, W=W0)
Esfuerzo NLG MLGAxil [N] 4305 17491Cortante [N] 129 600Flector [Nm] 116 618
Esfuerzos frontal ValorCortante [N] 9717Flector [Nm] 10004
99
Cargas – Tren de aterrizaje
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5) Balance frenado (n=0, W=W0)• Dos puntos:
Esfuerzo ValorAxil (de compresión) 19372 NCortante Y 17729 NMomento flector máx XY 18253 Nm
Esfuerzos plano frontal ValorCortante Z 10762 NMomento flector máx XZ 11080 Nm
Cargas – Tren de aterrizaje
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Esfuerzo NLG MLGAxil [N] 4305 17491Cortante [N] 3444 16007Flector [Nm] 3099 16480
Esfuerzos frontal ValorCortante [N] 9717Flector [Nm] 10004
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5) Balance frenado (n=0, W=W0)• Tres puntos:
Cargas – Tren de aterrizaje
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6) Remolque (n=0, W=W0)
Esfuerzo NLG MLGAxil [N] 4305 17491Cortante [N] 6519 600Flector [Nm] 5867 618
Esfuerzos frontal ValorCortante [N] 9717Flector [Nm] 10004
102
Cargas – Tren de aterrizaje