1

GRUPO 2

2

DISEÑO

3

4

Phantom eye Global Hawk

Myasishchev_M-55 Loockheed U2

1ª Revisión

5

2ª Revisión

3ª Revisión

6

7

Diseño Final

8

Diseño Final (Animación)

OBJETIVO: Mejorar la aerodinámica

9

Curvas suaves

Menor área frontal

Tobera de salida Terminación cónica

10

Dimensionadas tal que en su interior no se alcance régimen supersónico y que el gasto de aire que lo recorra satisfaga los requerimientos del motor.

11

12

ESTRUCTURAS

+99%

-22.4%

13

Reducción carga de pago

-Reducción peso planta propulsora -Refuerzos -Materiales

14

15

PESO EN VACÍO (WE)

24513.2736 kg

Peso estructural 18740.3518 Peso del ala 14094.9359 kg

Peso del est. Horizontal

456.157115 kg

Peso del est. Vertical 171.824364 kg

Peso del fuselaje 2354.13559 kg

Peso del tren de aterrizaje

1663.29885 kg

Peso de la planta propulsora

3619 kg

Peso de los sistemas 2153.92183 kg

16

Peso en vacío 42.1%

17

18

ACTUACIONES Y PROPULSIÓN

1 motor CFM 56 – 5 C2

4002.55 Pa

0.24

19

Longitud de despegue = 1546 m < Longitud de pista = 2133.6m

0 1/2 1Fracción de longitud de la pista del RFP

Longitudusada

Margendisponible

Combustible empleado = 8.53 kg

Peso al despegue = 58179.9 kg

Margen de pista = 587.6 m

Vdespegue = 62.5 m/s = 1.2Vstall Tiempo = 26 s

δT = 1

20

Gradiente de subida = 5.94% > Gradiente mínimo RFP = 3.2% γascenso = 3.4º

Velocidad = 158 m/s

Combustible empleado = 926.64 kg

Peso al comienzo= 58171.3kg

Velocidad ascensional = 9.56 m/s

Gasto de fuel en ascenso

Combustiblegastado

Restante deltotal

Tiempo = 21 min

21

Combustible empleado = 4219.75 kg

Peso al comienzo = 57244.66 kg Gasto de fuel en crucero 1

Combustiblegastado

Restante deltotal

Tiempo = 5 h

Vmáximo alcance = 192 m/s

Posición de palanca = 0.81

22

Combustible empleado = 16184.6 kg Peso al comienzo = 53024.91 kg

Gasto de fuel en loiter

Combustiblegastado

Restante deltotal

Tiempo = 25 h

Vmáxima autonomía = 131 m/s Vstall = 102 m/s Vmáxima autonomía > Vstall

Factor de carga = 1.02

Velocidad máxima = 242 m/s

Posición de palanca = 0.53

23

Combustible empleado = 4984.87 kg

Peso al comienzo = 36840.31 kg

Gasto de fuel en crucero 2

Combustiblegastado

Restante deltotal

Tiempo = 6 h

Vmáximo alcance= 152 m/s

Posición de palanca = 0.52

24

Combustible empleado = 757.78 kg

Peso al comienzo = 31855.44kg

Gasto de fuel en descenso

Combustiblegastado

Restante deltotal

Tiempo = 1 h 50 min

Segmento δT

Velocidad horizontal

(m/s)

Velocidad vertical (m/s)

Velocidad de entrada en pérdida

(m/s) 1 0.05 102.5 2.79 60.73 2 0.04 91.83 2.5 54.41 3 0.04 80.31 2.19 47.58

25

Longitud de aterrizaje= 1665.6 m < Longitud de pista = 2133.6m

0 1/2 1Fracción de longitud de la pista del RFP

Longitudusada

Margendisponible

Peso al despegue = 30723.3 kg

Margen de pista = 468m

Vaterrizaje= 54.6 m/s = 1.15Vstall Tiempo = 29 s

26

Daños estructurales

Daños estructurales

Precaución

Rango de operación normal Pérdida

Entrada en pérdida Fallos estructurales

Vs Vc Vd

nmaxpos

ndispos

ndisneg

nmaxneg

Vs=197 keas Vc=451 keas Vd=564 keas

Vc1=373 keas Vloiter=255 keas

Vc2=301 keas

Entran dentro del área verde

27

Las líneas de ráfagas restringen la envolvente de vuelo. Para la misión de la aeronave, en el segmento de autonomía, n=1.02, lo que entra dentro de los límites.

28

Alcance máximo: 29900 km Aunque no lo es propiamente, se considera el láser como carga de pago. El llevarla o no supone una penalización de unos 5000 km en alcance.

29

30

AERODINÁMICA

Geometría alar

31

ALA S 142.45 m² b 67.52 m

AR 32 ΛLE 0.88 ⁰ λ 0.34

FLAPS Sf/S 0.75 cf/c 0.30

Longitud 22.76 m δf Despegue 20 º δf Aterrizaje 30 º

Perfil: NASA-LRN 1015

Características aerodinámicas del ala

32

ALA BÁSICA CLα 6.09 CL0 0.55

α0L -5.20º CLmax 1.64

αstall 12.74 º

-5 0 5 10 150

0.5

1

1.5

2Coeficiente de sustentación del ala

α [-]

c L [-]

Configuraciones

33

cLmax

Ala básica 1.64 Despegue 2.51 Aterrizaje 2.84

Incrementos de sustentación

Despegue 52.60 % Aterrizaje 72.87 % -5 0 5 10 15

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3cL frente a α

α [º]

c L [-]

Estabilizadores

34

Estabilizador horizontal

CLmax 1.36

αstall 16.86º

Estabilizador vertical

CLmax 0.75

αstall 23.00º

0 5 10 15 200

0.5

1

1.5Estabilizador horizontal

α [º]

c L [-]

0 10 200

0.2

0.4

0.6

0.8

1Estabilizador vertical

α [º]

c L [-]

BAJO AR

35

Coeficiente de resistencia

Swet [m2 ] CD

Ala 275.97 8.638x10-3 HTP 56.98 1.795x10-3 VTP 34.19 0.9983x10-3

Fuselaje 263.95 4.425x10-3 Pods Ala 3.99 0.3547x10-3 Pod VTP 4.47 0.1009x10-3

Toma Dinámica 9.33 0.2709x10-3 Flaps Aterrizaje - 0.03330 Flaps Despegue - 0.01665

Tren de Aterrizaje - 0.013

Configuración limpia

Despegue

Aterrizaje

• Contribución de los diferentes elementos:

“Component Buildup Method”

Coeficiente de resistencia II

36

V [m/s] CD0 Despegue 43.76 0.04343 Ascenso 158.02 0.01385

Crucero 1 192.95 0.01589 Autonomía 131.39 0.01653 Crucero 2 151.67 0.01656 Descenso 91.55 0.01485

Aterrizaje 43.76 0.06008

• Valor en los diferentes segmentos de vuelo:

37

Polar parabólica

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

CD [-]

C L [-]

AutonomíaDespegueAterrizajeCrucero1Crucero2AscensoDescenso

Influencia del número de Reynolds y velocidad

38

Eficiencia aerodinámica

e 0.8876

k 0.01121

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

5

10

15

20

25

30

35

40

45

CL [-]

E [

-]

DespegueAterrizajeAutonomíaAscensoDescensoCrucero 1Crucero 2

Emax CL.opt Depegue 22.66 1.97

Ascenso 40.57 1.10

Crucero 1 37.47 1.19

Autonomía 36.74 1.21

Crucero 2 36.70 1.22

Descenso 38.76 1.15

Aterrizaje 19.27 2.32

Blended Winglet

39

• Aumento de la eficiencia aerodinámica • Incremento de un 5 % en la envergadura alar • Necesario refuerzos en el encastre • Disminución de resistencia: de 1.5 % a 3 %

40

ESTABILIDAD

Estabilizador horizontal

Estabilizador vertical

Alerón 𝑆𝑎 = 3.168 𝑚2

41

𝑺(𝒎𝟐) 𝚲𝐋𝐋(°) 𝝀 = 𝒄𝒕/𝒄𝒓 𝒃(𝒎) 𝑨𝑨(−) 𝒄𝒓(𝒎) 𝑺𝑬/𝑺𝑯𝑯𝑯 28.49 10 0.5 13.07 6 2.91 0.25

𝑺(𝒎𝟐) 𝚲𝐋𝐋(°) 𝝀 = 𝒄𝒕/𝒄𝒓 𝒃(𝒎) 𝑨𝑨(−) 𝒄𝒓(𝒎) 𝑺𝑨/𝑺𝑽𝑯𝑯 25 35˚ 0.4 6.519 1.7 5.478 0.3

42

Variación del centro de gravedad y margen estático en función de la variación del peso

43

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

x 104

0.24

0.26

0.28

0.3

0.32

0.34

0.36

0.38

0.4

WTOTAL

SM(%

)

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

x 104

16

16.05

16.1

16.15

16.2

16.25

16.3

16.35

WTOTAL

XC

G

SM>0 durante todo el trayecto

Trimado longitudinal Optimización del segmento de autonomía

44

𝛼𝑇𝑇𝑇𝑇 = 0.0043°

𝛿𝑒𝑇𝑇𝑇𝑇 = 2.54°

𝛼𝑜𝑜𝑜=6.48 º 𝑖𝑤 = 5.85° ≈ 𝛼𝑜𝑜𝑜 𝑖𝑜 = −0.5°

Mitad del segmento de autonomía:

𝑉𝑜𝑜𝑜=131 m/s

1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

αTR

IM &

δTR

IM (G

rado

s)

W/qS

αTRIM

δTRIM

𝐶𝐷,𝑇𝑇𝑇𝑇 = 0.0052

Trimado lateral-direccional Equilibrado lateral-direccional β=15º δr=19.964º δa=0.775º φ=1.702º Viraje constante n=1.02 β=-7.474º δr=-15.349º δa=-0.438º φ=11.36º

45

Longitudinal Lateral-Direccional

46

>0

<0

<0

𝑪𝒚β -0.405

𝑪𝒚δ𝒂 0

𝑪𝒚δ𝒓 0.2011

𝑪𝒍β -0.0279 𝑪𝒍δ𝒂 0.1653 𝑪𝒍δ𝒓 0.0146 𝑪𝒏β 0.0476 𝑪𝒏δ𝒂 -0.04 𝑪𝒏δ𝒓 -0.0342 𝑪𝒚𝒓 0.123 𝑪𝒍𝒓 0.4144 𝑪𝒏𝒓 -0.8602

<0

>0

<0

<0

𝑪𝑳𝑳 1.1558 𝑪𝑳𝑳 6.5549 𝑪𝑳𝑳𝑳 0.7959 𝑪𝑴𝑳 0.1857 𝑪𝑴𝑳 -1.9885 𝑪𝑴𝑳𝑳 -4.1817 𝑪𝐃𝑳 0.1748 𝑪𝑳𝑳 10.4427

𝑪𝒎𝑳 -54.8651 𝑪𝑳�̇� 5.6080 𝑪𝒎�̇� -29.4642 𝑪𝑯𝑻𝑻 -0.6211

�̇� = 𝐴𝑥 + 𝐵𝐵 Dónde: 𝑥 = [𝐵 𝛼 𝑞 𝜃] y 𝐵 = 𝛿𝑒

𝑨𝑳𝑳𝑳 =

−𝑳.𝑳𝟎𝑳𝟐 − 𝟏𝟏.𝟔𝑳𝟎𝟔 𝑳 − 𝟗.𝟖𝟏𝑳𝑳−𝑳.𝑳𝑳𝟏𝟐 − 𝑳.𝟎𝟐𝟎𝟒 𝑳.𝟗𝟗𝟏𝑳 𝑳.𝑳𝑳𝑳𝑳𝟐

𝑳.𝑳𝑳𝑳𝟐 − 𝟏.𝟐𝟐𝑳𝑳 − 𝑳.𝟎𝟒𝟒𝟒 − 𝑳.𝑳𝑳𝑳𝟐𝑳 𝑳 𝟏.𝑳𝑳𝑳𝑳 𝑳

𝑩𝑳𝑳𝑳 =

𝑳−𝑳.𝑳𝟒𝟏𝟒 −𝟐.𝟒𝑳𝟒𝟎

𝑳

47

Estabilidad dinámica longitudinal

48

Estabilidad dinámica longitudinal

Modo Fugoide 𝜆 = −0.0161 ± 0.1018𝑖 𝑇 = 61.72 𝑠 ƺ = 0.1559 𝜔𝑛 = 0.1031 𝑟𝑟𝑟/𝑠 𝑡1/2 = 43.0526 s ƺ ≥ 0.04 Nivel 1

Modo de corto periodo 𝜆 = −0.4531 ±1.0898i

𝑇 = 5.7654𝑠

ƺ =0.3839 𝜔𝑛 = 1.1802 𝑟𝑟𝑟/𝑠 𝑡1/2 = 1.5298 s

0.3 ≥ ƺ ≤ 2 Nivel 1

Categoría B

49

Modo Fugoide

50

Modo corto periodo

�̇� = 𝐴𝑥 + 𝐵𝐵 Dónde: 𝑥 = [𝛽,𝑝, 𝑟,𝛷] y 𝐵 = δ𝑎, δ𝑟

𝑨𝑳𝑨𝑯 =−𝑳.𝑳𝑳𝟔𝟔 𝑳.𝑳𝑳𝑳𝟒 −𝑳.𝟗𝟗𝟒𝟒 𝑳.𝑳𝟏𝟗𝟒 −𝑳.𝑳𝑳𝟒𝟐 −𝑳.𝑳𝟔𝟎𝟏 𝑳.𝑳𝟎𝟒𝟏 𝑳𝑳.𝑳𝑳𝟒𝑳

𝑳−𝑳.𝑳𝟏𝟏𝑳

𝟏−𝑳.𝑳𝟗𝑳𝟔 𝑳 𝑳 𝑳

𝑩𝑳𝑨𝑯 =𝑳 𝑳.𝑳𝟒𝟒

𝑳.𝑳𝟏𝟖𝟗 𝑳.𝑳𝑳𝟏𝟒−𝑳.𝑳𝑳𝟎𝟐

𝑳−𝑳.𝑳𝑳𝟒𝟔

𝑳

51

Estabilidad dinámica lateral-direccional

52

Estabilidad dinámica lateral

Modo balanceo holandés 𝜆 = −0.0415 ±0.0628i

ƺ = 0.661 𝜔𝑛= 0.292 𝑟𝑟𝑟/𝑠

ƺ ≥ 0.08Nivel 1 ƺ 𝜔𝑛 ≥ 0.15Categoría B 𝜔𝑛< 0.4 No cumple Nivel 1 Categoría B

Modo convergencia en balance

𝜆 = −0.0759 𝜏𝐶𝐶=0.06 <1.4 Nivel 1 Categoría B

Modo espiral

𝜆 = −0.0023 Nivel 1 Categoría B

53

Modo Balanceo holandés

54

Modo convergencia en balance

55

Modo espiral

56

Por su ...

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Bajo consumo