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Estructuras DetalladasEstimacin Pesos

Sergio Esteban Roncero Departamento de Ingeniera Aeroespacial

Y Mecnica de Fluidos

Tema 13

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Plan de Trabajo Definicin del centro de gravedad ms preciso mediante

estimaciones ms exactas de los pesos de los componentes. Realimentacin estabilidad.

Definicin de todos los elementos que constituyen el avin: Sistemas Estructuras Propulsin Tren de aterrizaje

Empleo de ecuaciones mtodo Roskam (moderno) Definir necesidades estructurales debido a las cargas:

Aerodinmicas Estructurales.

Estudio de posibles materiales para definir pesos de forma ms precisa.

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Estimacin de Pesos - I Determinacin de forma estadstica. Previo a tener valores ms representativos obtenidos mediante

modelado en CAD. 1 Fase: determinar el peso de las estructuras simplificadas

Uso de multiplicadores lineales fuselaje, ala, estabilizadores horizontal, motor, tren de aterrizaje, % de miscelneos

2 Fase: ajustar los pesos de dichas estructuras simplificadas Mtodo literatura

3 Fase: incluir pesos de sistemas aplicables: Flight Control System, Hydraulic and Pneumatic System, Instrumentation,

Avionics and Electronics, Electrical System, Air-conditioning, Pressurization, Anti- and De-icing System, Oxygen System, Auxiliary Power Unit, Furnishings, Baggage and Cargo Handling Equipment, Operational Items

4 fase: determinar incremento de pesos asociados a refuerzos estructurales Identificacin de zonas de carga

5 Fase: reduccin de peso estructural ateniendo a seleccin de materiales

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Estimacin de Pesos - III

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W/S & T/W

x W0

S & T Ww & We

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Estimacin de Pesos - II

Pautas 1 Fase El procedimiento ha de seguir las siguientes pautas

A) Empleo de multiplicadores lineales para determinar el peso en vaco ( ) de las estructuras principales: ala ( ), horizontal ( ), vertical ( ), canard ( ), fuselaje ( ), tren de aterrizaje ( ), motores ( ), y miscelneos ( )

B) Tener en cuenta que y dependen de si se emplean multiplicadores lineales

C) Estimacin del peso total del avin atendiendo a la siguiente ecuacin

D) Se calcula el peso inicial asumiendo un que permita calcular el peso en vaco y el peso de combustible definido por el departamento de actuaciones/propulsin mediante un proceso iterativo:

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Reescribiendo la ecuacin

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Estimacin de Pesos - III Pautas 1 Fase

D) Se calcula el peso inicial asumiendo un que permita calcular el peso en vaco y el peso de combustible definido por el departamento de actuaciones/propulsin mediante un proceso iterativo:

1 - Estimar un

2 - Resolver la ecuacin de la estimacin de empleando

3 - Comparar el valore resultante de 4 - Si no son iguales, hay que hacer una nueva estimacin del W0* hasta que

5 - Una vez que se ha determinado el , hay que recalcular la nueva superficie alar asociada a la carga lar fija ( / )

6 - Esto determina una nueva lo que genera un nuevo 7 - Volver al paso A) y repetir el proceso hasta que no vare

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Estimacin

? Nueva Estimacin

Una vez queHa convergido

Hay que corregir La superficie alar

Nuevo peso superficie alar

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Estimacin de Pesos - IV Pautas de la 2 Fase, El procedimiento ha de seguir las siguientes pautas

A) Se realiza el mismo procedimiento que en la 1 Fase, pero utilizando las ecuaciones ms avanzadas para determinar el peso en vaco de la estructura en vaco (fuselaje, ala, estabilizadores horizontal, motor, tren de aterrizaje, % de miscelneos)

B) Cabe la posibilidad de agregar los siguientes pasos 8 - Con el nuevo clculo de determinar nuevo requisito de P, lo que a su

vez determina nuevo peso del motor/es

C) Cabe la posibilidad que para el clculo del combustible no se emplee la fraccin de peso si el departamento de actuaciones/propulsin ha determinado el consumo real de combustible

D) Dependiendo de las decisiones a tomar por cada grupo de diseo cuando se modifica el peso inicial ( ) se recalcular la superficie alar y la potencia

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Una vez queHa convergido

Hay que corregir La potencia

Nueva potenciaNuevo motor

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Estimacin de Pesos - V Pautas de la 3 Fase,

El procedimiento ha de seguir las siguientes pautas A) Se realiza el mismo procedimiento que en la 2 Fase, pero ajustando el peso en vaco

incluyendo los sistemas aplicables. B) Cabe la posibilidad que para el clculo del combustible no se emplee la fraccin de

peso si el departamento de actuaciones/propulsin ha determinado el consumo real de combustible

C) Dependiendo de las decisiones a tomar por cada grupo de diseo cuando se modifica el peso inicial ( ) se recalcular la superficie alar y la potencia

Pautas de la 4 Fase, El procedimiento ha de seguir las siguientes pautas

A) Se realiza el mismo procedimiento que en la 3 Fase, pero ajustando el peso en vaco incluyendo la estimacin de incremento de peso asociado a los refuerzos estructurales.

Pautas de la 5 Fase, El procedimiento ha de seguir las siguientes pautas

A) Se realiza el mismo procedimiento que en la 4 Fase, pero ajustando el peso en vaco incluyendo la reduccin de pesos por empleo de materiales compuestos.

Estas pautas pueden ser modificada con vista a optimizar el proceso de diseo de tal manera que se agilicen los clculos

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Tendencias Composites El porcentaje de composites ha aumentado en los ltimos aos Ejemplos

B777 B787 A380 A350 Lockheed Martin X55

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Configuracin Antigua Composites - I

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Configuracin Antigua Composites - II

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Configuracin Moderna Composites - I

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A350 XWB

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A350 XWB

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Boeing 787

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Advanced Composite Cargo Aircraft (ACCA)

The Lockheed Martin X-55 Advanced Composite Cargo Aircraft (ACCA) http://thelexicans.wordpress.com/2012/10/24/the-lockheed-martin-x-55-advanced-

composite-cargo-aircraft/

Videos http://youtu.be/MRAtk7lLDpE http://youtu.be/T0Fqxt87Qik

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Estimacin Pesos Se presentan varios mtodos para la estimacin de pesos estructurales y de sistemas

Cada uno de los mtodos es independiente y suficiente por si slo Esto significa que las estimaciones de pesos son vlidas siempre que estn dentro del orden de

magnitud de aviones similares

No todos los mtodos producen valores que se encuentran dentro de rangos razonables: Los diseadores deben de ser capaces de identificar si los valores son adecuados mediante

mtodos comparativos (descritos abajo) No se pueden utilizar ecuaciones de mtodos distintos: En caso de querer utilizar ecuaciones de

mtodos distintos, es necesario hacer la media entre todas las estructuras Por ejemplo, no se puede utilizar la ecuacin de estimacin del ala de Mtodo I y la del Fuselaje

del Mtodo II, sino la media de todas las ecuaciones para ambos mtodos Se puede hacer la media con tantos mtodos como se dese.

Se recomienda comparar la estimacin e los distintos sistemas y pesos con datos de aviones similares: Datos de Volumen V de Airplane Design de Roskam

Se proporcionan estimaciones de pesos estructurales y sistemas como porcentaje del peso total Comparar si est dentro del rango para aviones de caracterstias similares

Datos comparativos que aparecen en el Mtodo II Se proporcionan estimaciones de pesos estructurales y sistemas como porcentaje del peso total Comparar si est dentro del rango para aviones de caracterstias similares

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Bibliografa Aircraft Design: A Systems Engineering Approach, M. H. Sadraey, Wiley

Aerospace Series, 2012. Aircraft Design: a conceptual approach, D.P. Raymer, AIAA Education

Series, 2006. Synthesis of subsonic airplane design, E. Torenbeek, Springer, 1982 Airplane Design, J. Roskam, DAR Corporation, 1989 Nicolai, L.M. Carichner, G.E. Fundamentals of Aircraft and Airship

Design: Vol 1, 2010 Ajoy Kumar Kundu, Aircraft Design, Cambridge Aerospace Series, 2010