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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 1DEFAY: 150-XT
Cálculo de Aviones - ULCTCálculo de Aviones - ULCT
150 – XTThe Versatile Freighter
Cálculo de aviones - ULCT
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 2DEFAY: 150-XT
Cálculo de Aviones - ULCT
Grupo 8:
Álvaro CARRASCO
Fanny DUCERF
David GALLEGO
Izabella KASINSKA
Mª Ángeles REQUEREY
Cálculo de aviones - ULCT
150 – XTThe Versatile Freighter
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 3DEFAY: 150-XT
Introducción
Objetivo: •Diseñar un avión de carga versátil.
•Estudio se divide en 5 ramas principales:•Diseño
•Aerodinámica
•Estabilidad
•Estructuras
•Actuaciones
•Cumplir con los requisitos mínimos para este tipo de avión:
•10.000Km
•Mach 0,89
•Payload de 150Tn
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 4DEFAY: 150-XT
Dimensiones
ALA
ESTABILIZADOR HzESTABILIZADOR Vertical
S = 845 m2
b = 74m
MAC = 12,96m
iw = 1,5º
A = 6,31
λ = 0,25
Λ0.25c = 37º
FUSELAJE
Ø = 7m
L = 73m
S = 107 m2
b = 15m
MAC = 8m
A = 2,3
λ = 0,8
Λ0.25c = 36º
A = 5
λ = 0,3
Λ0.25c = 36º
S = 205 m2
b = 73m
MAC = 7m
ih = -2º
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 5DEFAY: 150-XT
ESTUDIO DE PESOS
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 6DEFAY: 150-XT
Pesos – C.G
• We------------MTOW------ 1.consumo de combustible
• 2.distintas cargas• 3.distintas configuraciones• ----Método de estudio-------------------------------• ALA 90922 libras• ESTABILIZADOR HORIZONTAL 12132 libras • ESTABILIZADOR VERTICAL 6326,3 libras • FUSELAJE 85776 libras We = 253 t• LANDING GEAR 56828,2 libras• MOTORES INSTALADOS 81099 libras (X 4) • DEMÁS COMPONENTES 224670 libras
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 7DEFAY: 150-XT
Pesos – C.G
We 253.22 t
Fuel Weight 196.28 t
Tripulación 0.5 t
Carga 150 t
MTOW 600 t
PESOS PRINCIPALES
Cálculo del C.D.G :…. ´según aproximaciones basadas en la cuerda principal del ala… Diferencias según cada elemento
Los resultados son:
Reserva de combustible: 36, 32 toneladas
Peso en aterrizaje: 440 toneladas
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 8DEFAY: 150-XT
Pesos – C.G
Ala 20.8140 m
Cola horizontal 54.5440 m
Cola vertical 44.5085 m
Fuselaje 11 m
Tren de aterrizaje Delantero: -13 mPrincipal: 20 m
Motores Delanteros: 12,6 mTraseros: 21 m
Demás componentes 11 m
PESO (libras)
Xcg (m)
CASO 1 419830 14.8887
CASO 2 476650 14.9079
CASO 3 557750 15.1830
CENTROS DE GRAVEDAD A medida que incluimos….
centro de gravedad con MTOW es de: 17.2311 m
CASO 4 990090 17.6419
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 9DEFAY: 150-XT
Pesos – C.GConsumiendo combustible….
COMIENZO DEL VUELO 17.2311 m
ESTADO INTERMEDIO 16.6795 m
FINAL DELVUELO 15.9271 m
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 10DEFAY: 150-XT
Pesos – C.G¿ Cabe el combustible en el ala?
MTW 590 t
MLW 427 t
MZFW 402 t
• Estudio aproximado del área en planta de nuestro ala
•Consideramos el espesor medio
•Suponemos que como mínimo en el 25% no lleva alojado combustible
•Podría llevar simplemente por capacidad el doble de combustible del que vamos a llevar. Es decir 180 t más
COMPARANDO CON OTROS AVIONES:
A380
We= 252.2 t
592.53 t
427.94 t
402.62 t
Nuestro diseño600 t
440 t403.72 t
We= 253.22 t
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 11DEFAY: 150-XT
Pesos – C.G
MTW 405 t
We 175 t
Rebaja del 3% del peso en vacío
-- Conclusión
-- Usando Materiales Compuestos en lugares convencionales
DISTINTAS DISTINTAS CONFIGURACIONES:CONFIGURACIONES:
C.1 C.2 C.3 C.4 C.5 C. 6 C.7C.7 C.8 C.9 C. 10 C. 11
24 23 22 21 20 19 1818 17 16 15 14
605.7 t
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 12DEFAY: 150-XT
Pesos – C.G
Centros de gravedad fijos:• Ala, trenes de aterrizaje y motores
Centros de gravedad variables:
• Estabilizadores horizontal y vertical, fuselaje y demás componentes
-- Además también tenemos para cada configuración lo que pasaría si pusiéramos distintas cargas de pago
-- Para cada configuración de avión se hace un estudio de los distintos centros de gravedad, en vacío y con carga.
AMPLIO ESTUDIO:
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 13DEFAY: 150-XT
Pesos – C.G
En las distintas configuraciones
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 14DEFAY: 150-XT
ESTUDIO AERODINÁMICO
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 15DEFAY: 150-XT
Aerodinamica - Perfiles
• Perfiles• Ala : NACA 23021
• Estabilizadores NACA 0012
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 16DEFAY: 150-XT
Aerodinámica – Cálculos preliminares
D / T = f(M)
050000
100000150000200000250000300000350000400000
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
M
D /
T [lb
]
T_DespegueT_SubidaT_CruzeroT_EsperaT_Aterrizaje
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 17DEFAY: 150-XT
Aerodinamica - Ala
• Ala : Configuración limpia – Vuelo de subida, cruzero, espera• CLmax• CLalpha
• Ala : Configuración con los flaps – Vuelo de despegue y aterrizaje• Determinación de la superficie sustentadora necesaria• Incremento de sustentación• Clalpha
• Avión : tomar en cuenta el down-wash
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 18DEFAY: 150-XT
Aerodinamica – Curvas sustentación
• Resultados Ala y Avión
CLala=f(alpha)
00,20,40,60,8
11,21,41,61,8
2
-30 -20 -10 0 10 20 30
alpha [deg]
CL Despegue_Ala
Despegue_Avion
CLala=f(alpha)
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
-30 -20 -10 0 10 20 30
alpha [deg]C
L
DespClimbCruzeroloiterAtt
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 19DEFAY: 150-XT
Aerodinamica - CD
• Calculo del CD• CDo
• Resitencia parasita (tipo de fluido, factor de forma, influencia del mach, interferencias,...)
• Resistencias varias (flaps, tren de aterrizaje, varios)• Resistencia de leakage
• CD inducido• Polar de coeficiente constantes
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 20DEFAY: 150-XT
Aerodinamica - Polar
• Polar
• Si teniamos que seguir...• Reducir el CD• Analisar las diferencias segun los metodos utilizados para los
calculos• Optimizar...
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 21DEFAY: 150-XT
ESTUDIO ESTABILIDAD
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 22DEFAY: 150-XT
Estabilidad – Trimado
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 23DEFAY: 150-XT
Estabilidad – Trimado
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 24DEFAY: 150-XT
Estabilidad – Trimado
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 25DEFAY: 150-XT
Estabilidad – Equilibrio lateral
Con Φ = -5º y motores funcionando:β = -1,7ºδa = -6,73ºδr = 2,07Estudio parada motor:
δr = 3,5º < 20ºVmin = 94m/s < 1,2Vtoδa = 4,5º < 25º
FAR 25
Estudio viento cruzado:
δr = 17º < 20ºδa = 22º < 25º
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 26DEFAY: 150-XT
Estabilidad dinámica
Análisis estabilidad dinámica iniciado e implementado informáticamente:
•Objetivo ver la respuesta de nuestro avión a un impulso.
•Faltó tiempo para analizar los resultados.
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 27DEFAY: 150-XT
ESTUDIO ACTUACIONES
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 28DEFAY: 150-XT
Planta motora: GE90-76B
Especificaciones de Potencia:Ce~0,324 lb/lbfhr
Max. Potencia (sea level): 76.400 Lb
OverallPressureratio atMaximumPower: 39.3
BypassRatio: 8.40
Especificaciones en Crucero:Empuje(lbs): 17.500 Lb
Ce ~ 0,545 lb/lbfhr
Velocidad de crucero: 0,83 M
Dimensiones:Diam máx: 123 in
Longitud: 134 in
Peso en vacio: 15.596 Lb
Etapas turbina baja/alta: 6/2
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 29DEFAY: 150-XT
Actuaciones
p a g o - a l c a n c e d i a g r a m
020 00040 00060 00080 000
100 000120 000140 000160 000
9 737 12 182 13 899
R - alcance [km]
P/L
- car
ga d
e pa
go [
pago-alcance
Carga máxima - 150 000 kg
Alcance - 10 000 km Carga nula - 0 kg
Alcance - 14 000 km
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 30DEFAY: 150-XT
Actuaciones
DISTANCIA DE DESPEGUEStakeoff = 3806 mBFL = 4718 m /según normativas de FAR/
DISTANCIA DE ATERRIZAJESlanding = 2678 mSFAR = 4464 m /según normativas de FAR/
mSSSS CLIMBTRANSITIONROLLGROUNDtakeoff 3806_ =++= mSSSS CLIMBTRANSITIONROLLGROUNDtakeoff 3806_ =++=
FAR 25
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 31DEFAY: 150-XT
Actuaciones
AUTONOMIA
- 11 horas
VUELO DE ESPERA
- 20 minutos- consumo de combustble 0,5 lb/lb/hr
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 32DEFAY: 150-XT
ESTUDIO ESTRUCTURAS
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 33DEFAY: 150-XT
Estructuras – Cargas
CARGAS PRINCIPALES:1. Sustentación2. Peso de los motores3. Peso de la propia estructura4. Peso de combustible5. Cargas del tren de aterrizaje6. Cargas debidas a la carga de pago
ESTUDIO PRINCIPAL EN EL ALA:: sobre las distintas fuerzas que actúan en la parte que queda al aire, cuando acaba el refuerzo
Estudio en cada fase del vuelo, considerando un punto intermedio
Cargas variables: sustentación, peso de combustible
Cargas fijas: peso estructura y motores.
---¿Cómo se han calculado cada una de ellas??.... Aproximaciones
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 34DEFAY: 150-XT
Estructuras – Cargas
MOMENTO RESULTANTE
FUERZA RESULTANTE
DESPEGUE 273 KN*m 16319 KN
SUBIDA - 20435 KN*m 45833 KN
CRUCERO 890 MN*m 53312 KN
ESPERA 198,6 MN*m 12184 KN
ATERRIZAJE 350 MN*m 21195 KN
-- Reconocimiento de las demás cargas y zonas críticas en el avión
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Estructuras – Tren de aterrizaje
• 1- Problemática.• 2- Solución.
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Estructuras – Tren de aterrizaje
• Tren delantero (1270x455 R22)
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 37DEFAY: 150-XT
Estructuras – Tren de aterrizaje
• Tren principal (1400x530 R23 (55x20 R23) )
Problemas:
1- Centro gravedad.
2- Problemas de vuelco.
3- Cargas.
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 38DEFAY: 150-XT
Estructuras – Tren de aterrizaje
• Estudio realizado.1- Carga máxima estática.2- Carga máxima estática (nose).3- Carga mínima estática (nose).4- Carga dinámica de frenado (nose) (pistas duras).
para 22 ruedas
Max Static load (lb) 55854,00
Max Static load (nose)(lb) 7133,33
Min static load (nose)(lb) 6206,00
Dynamic load(lb) 10554,42
Total dynamic/1,3 (lb) 13605,97
Mayorado por las FAR25
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 39DEFAY: 150-XT
Estructuras – Tren de aterrizaje
• Conclusión
• Tren válido.• Neumáticos mayorados• Estructura tren principal:- Amortiguador brazos.- Elevador hidráulico.- 2 ruedas.
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 40DEFAY: 150-XT
Estructuras - Puerta de carga
• Configuración pisos.
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 41DEFAY: 150-XT
Estructuras - Puerta de carga
• 1 RAMPA Y PUERTA DE CARGA
• 2 PUERTAS LATERALES
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 42DEFAY: 150-XT
Estructuras - Puerta de carga
• Suelo
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 43DEFAY: 150-XT
Estructuras - Puerta de carga
• Configuración rampa.
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 44DEFAY: 150-XT
Estructuras – Puerta de carga
• Distribución carga interior
1- 96’’x238,5’’x96’’ (14)
2- 96’’x125’’x64’’ (18)
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Nuestro avión
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Nuestro avión
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Nuestro avión
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Nuestro avión
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Nuestro avión
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 50DEFAY: 150-XT
Nuestro avión
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 51DEFAY: 150-XT
Nuestro avión - Conclusiones
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Cálculo de Aviones 22/01/07 –Pag. 52DEFAY: 150-XT
Nuestro avión
VIDEO
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FIN
¿PREGUNTAS?