Entrega Final GRUPO 5 - Universidad de...
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HIPERIÓN High Prestations Sports Light Aircraft
Diseño:
Francisco Manuel Castillo HolguínAerodinámica:
José
Arturo Candau Sánchez de Ibargüen
Estabilidad:
Norberto Aramburu del BozEstructuras:
María José
Lorca Ávila
Propulsión y
Joaquín M. Rojas MaderoActuaciones:
Dolores Álvarez Domínguez
Entrega FinalGRUPO 5
DISEÑO
Entrega Final
HIPERIÓN“EL QUE MIRA DESDE ARRIBA”
Diseño: Diseño inicial
Diseño:
MODELADO EXTERNO
Diseño: Modelado externo
Geometría del alaPerfil tipo NACA 2412Ala forma trapezoidalAla mediaA=7.5 , S=8.05 m2 , b=7.77m, c=1.036
m
Diseño: Modelado externo
Geometría de la colaTipo de cola en TPerfiles simétricos NACA 0012Estabilizador vertical :
A=1.1 S=1,65
m2
c=1.68 m (raíz)c= 1.4 m (extremo superior)
Diseño: Modelado externo
Geometría de la colaEstabilizador horizontal:
S= 1.65 m2
A=4.5 , Cuerda media = 0.744 m
Diseño: Modelado externo
Geometría del fuselajeSe ha diseñado de una forma aerodinámicaL=6 mDiámetro máximo= 1.5 mSuperficie de fuselaje = 16,824m2
Diseño: Modelado externo
Diseño del tren de aterrizajeSemirretráctil TricicloTren de morro(50cm)
Tren trasero(60 cm)
Diseño: Hélice
Número de palas:3Longitud palas:0.861 m
Diseño:
MODELADO INTERNO
Diseño: Estructura del ala
Costillas: 16 Largueros:2
Diseño:Estructura de cola
Estabilizador VerticalCostilla: 5 Largueros:2
Diseño: Estructura de cola
Estabilizador horizontal:Costillas: 7 Largueros:1
Diseño:Fuselaje
Cuadernas:8 Largueros:7 Larguerillos:2
Diseño: Disposición elementos
Motor
Asientos
Tanque combustibleTren aterrizaje
Diseño: Disposición elementos
Diseño: Modelado Final
Diseño: Tren semirretráctil
Diseño: Modelado Final
Diseño: Vistas de la aeronave
Entrega Final
HIPERIÓN“EL QUE MIRA DESDE ARRIBA”
AERODINÁMICA
Finalmente nuestro Ala
Aerodinámica
Sflapped=45%c’/c=1.3
- El mismo perfil desde el principio, un acierto NACA 2412- Superficie con flap máxima admisible por configuración pasajeros- Previsión más optimista de elongación del flap
AerodinámicaGiro de la polar
-
Giro entorno al punto de alpha zero lift.-
Representación de parte lineal-
Misma operación con timón y estabilizador
λ=0.8
Aerodinámica
CLα CLα
(3D) CL0 ΔCLflap CLmáx αmax
Ala 6.82 5.0234 0.19 0.6783 2.1192 0.2410rad
Derivas(20% sup)
6.54 3.9288 0 0 1.33 0.23 rad
Resumen de datos del ala
AerodinámicaSuperficies reales contabilizadas
( ) ( )...c c c wet
Do subsonicref
C FF Q SC
S= +∑
Considerada la superficie real tras primera estimación con superficies sencillas.
AerodinámicaCálculos resistivos
Casi solapamiento en misma configuración, eficiencia elevada y pocavariación resistencia parásita.
Aerodinámica
clean
land
t.o.
loitter climb
AerodinámicaEficiencias distintas configuraciones
land
t.o.
cleansαoptimo ≈
7ºDebido a efectos sustentadores asociados a las altas velocidades no conseguimos en crucero acercarnos a este valor, teniendo angulos de ataque de aproximadamente 1º.
Cruise α=0.91º δ=-0.1ºAlcance α=3.7º δ=-0.26º
Polares de 2 coeficientes
Aerodinámica
Diferencias poco apreciables en traslación vertical para crucero.Aumento considerable resistenciasparásitas:
0.0166 0.03000.0199
Acierto con el primer perfilNecesidad del mejor y más extenso flap disponibleAltas eficiencias ( como al resto de grupos)Requisitos del resto de departamentos satisfechos
AerodinámicaConclusiones
ESTABILIDAD
Entrega finalAnálisis de la estabilidad estática y dinámica
HIPERIÓN“EL QUE MIRA DESDE ARRIBA”
Estabilidad Estática Longitudinal
El avión tienen que volar en crucero de forma equilibrada sin generar mucha resistencia.
Estabilidad Estática Longitudinal
-4
Margen estático: SM=12.5%
Trimado del avión
Valores a mitad del crucero:α=0,919ºδ=-0,133º
Deflexión pequeña del timón:Máximo CDi)trim=4,6·10
Estabilidad Estática Lateral -
Direccional
Se produce una asimetría en la condición de vuelo.
Para mantener la trayectoria es necesario compensar las fuerzas y momentos que se producen mediante una deflexión de las superficies de control.
Vuelo con resbalamiento β=15º
Estabilidad Estática Lateral-Direccional
Superficie del timón vertical: Sv=1,65m²
Alerones a lo largo de un tercio de la envergadura (entre 0,6·b y 0,9·b) y un 20% de la cuerda
Ala media, diedro de 3º
Estabilidad Estática Lateral -
Direccional
Vuelo con resbalamiento β=15º
Deflexión de las superficies de control
Además, es necesario un alabeo: Ф=13º
Timón de dirección
δr
=10.56º
Alerones δa
=4.83º
Estabilidad Estática Lateral -
Direccional
Segmento de esperaEl avión espera dando vueltas en una posición.
*Viraje*n=2V=185km/hФ=1.047ºRt=155.42m
Estabilidad Estática Lateral -
Direccional
Segmento de esperaPara mantener el avión girando a 185km/h, con factor de carga n=2son necesarias unas deflexiones de las superficies de control.
Timón de dirección
δr
= -1.860º
Alerones δa
= -0.375º
Estabilidad Dinámica Longitudinal
Resolución de las ecuaciones de la dinámica longitudinal del avión como sistema autónomo.
Se distinguen dos modos de vuelo:
Fugoide λPH
= -0.0006 +
0.1710i
Corto periodo λSP
= -3.3406 +
5.3398i
Estabilidad Dinámica Longitudinal
T (s) ξ tmedio
(s)
Fugoide 36.735 0.0038 1070
Corto periodo 1.186 0.5297 0.209
Modo fugoide:Estable, aunque demasiado lento.
Modo corto periodo:Estable, se amortigua rápidamente
Estabilidad Dinámica Longitudinal
Balance Holandés λBH
= -0.4866 +
3.2501iEspiral λES
= -1.1015Convergencia en Balance λCB
= -3.5822
Resolución de las ecuaciones de la dinámica lateral - direccional del avión como sistema autónomo.
Se distinguen tres modos de vuelo:
Estabilidad Dinámica Longitudinal
T (s) ξ tmedio (s)
Balance Holandés 1.93 0.1481 1.424
Espiral - 0.1015 6.831
Convergencia Balance - 3.5822 0.193
Todos los modos son estables, por lo que se amortiguan antes o después incluso sin actuación del piloto.
ESTRUCTURAS
HIPERIÓN“EL QUE MIRA DESDE ARRIBA”
Entrega Final
Estructuras
Pesos estructuras MET. CESSNAAla media : Cessna USAF TorenbeekFuselajemedia : Cessna USAF
Total: 188.83 kg
Estructuras:
Total: 188.83 kg
Estructuras: Cessna
Sistemas, Total: 37.76 kg
Estructuras:
Peso total en vacío = Peso estructuras + Peso sistemas + 80.75 (peso del motor) = 307.35 kgPeso total = Peso estructuras + Peso sistemas + 80.75 (peso del motor) + combustible + carga de pago = 577.32 kg
Estructuras: Refuerzos
Unión ala-fuselaje, cola-fuselajeEvolución pesos estructuras:
188.83 kg (sin refuerzo)
192.98 kg (Reforzadas)
Estructuras:
Composite
Material mas ligero utilizado en alas y colaReducción de 24 kgPeso estructuras composite = 168.87 kg
Estructuras:
Peso : 545.68kg < 600kg
Estructuras
Determinación del Centro de Gravedad
Estabilidad 2.3 m
Xcg= 2.2964 m
∑∑ ×
=i
cgiicg W
XWX
)(
Estructuras
Variación del centro de gravedad
PROPULSIÓN
HIPERIÓN“EL QUE MIRA DESDE ARRIBA”
Entrega Final
PropulsiónPlanta Propulsora: Motor Rotax 94 UL DCDI
Parámetro característico Valor
Peso Motor 80.75 KgDiámetro 0.0795 mPotencia Máxima 115 hpRevoluciones Máximas 5800 rpmDiámetro de hélices 1.722 mNúmero de palas 3Hélice paso variable 85.0=Pfreeη
PropulsiónPosición de la Palanca I
Segmento Pot (kW)
Despegue 69.79Subida 1 55.36Subida 2 47.00Max Alcance 33.31Crucero 37.90Loiter1 32.38Loiter2 36.35Aterrizaje 1.57
PropulsiónPosición de la Palanca II
Segmento T (N)
Despegue 5169.7Subida 1 1151.3Subida 2 977.4Max Alcance 904.0Crucero 524.7Loiter1 630.1Loiter2 707.3Aterrizaje 60.6
PropulsiónPosición de la Palanca III
Segmento C (1/s)
Despegue 0.0129·10-3
Subida 1 0.0457·10-3
Subida 2 0.0538·10-3
Max Alcance 0.0521·10-3
Crucero 0.0974·10-3
Loiter1 0.0588·10-3
Loiter2 0.0524·10-3
Aterrizaje 0.0149·10-3
PropulsiónPotencia necesario vs Potencia disponible
Vmáx = 88.5 m/s(Vmáx = 318
km/h)
dT
= 0.85 Vcr = 79.7407 m/s (Vcr
= 287.066 km/h)
dT
= 1Vcr = 81.6504 m/s(Vcr = 293.94 km/h)
PropulsiónEmpuje vs Resistencia
PropulsiónPotencia, Empuje y Consumo vs Velocidad
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛ −−=
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛ −−=
55.7
1·
55.7
1·· 0
0
0
0
ρρ
ρρρ
ρ
ρρδ BSLT PPP
PinsPower
instinst
Pinsinst
VCC
VPT
PP
η
η
·
·
=
=
=
Modelo propulsivo
Potencia, Empuje y Consumo
Potencia, Empuje y Consumo vs Altura
Propulsión
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛ −−=
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛ −−=
55.7
1·
55.7
1·· 0
0
0
0
ρρ
ρρρ
ρ
ρρδ BSLT PPP
Modelo propulsivo
Potencia, Empuje y Consumo
PFgCVCC
VPT
PP
consPower
PinsPower
instinst
Pinsinst
*;·
·
==
=
=
η
η
ACTUACIONES
HIPERIÓN“EL QUE MIRA DESDE ARRIBA”
Entrega Final
Curva WTO/S vs TSL/WTO
Actuaciones
Carga Alar:
W0
/S=640 Pa
Superficie alar:
S=8.3 m2
Actuaciones
Estimación pesos:
Actuaciones
Pesos de los Segmentos (kg): Segmento Peso (kg)
Peso inicial 535,3
Despegue 535,27
Subida 1 534,45
Subida 2 531,73
Crucero 496,82
Descenso 1 463,79
Loiter1 463,76
Descenso 2 462,21
Loiter2 462,19
Aterrizaje 461,47
420
440
460
480
500
520
540
560
Peso Inicia l
Despegue
Subida 1
Subida 2Crucero
Descenso 1Lo iter 1
Descenso 2Lo iter 2
Aterrizaje
Segmento Peso (kg)
Taxi 0,0303
Despegue 0,8178
Subida 1 2,720
Subida 2 1,8882
Crucero 66,0581
Descenso 1 0,0256
Loiter1 1,5526
Descenso 2 0,0179
Loiter2 0,6898
Aterrizaje 0,0276
Peso total 78,30
Actuaciones
Peso de combustible consumido: Wf = 78.30 kg
Taxi Despegue Subida 1 Subida 2Crucero Descenso 1 Loiter 1 Descenso 2Loiter 2 Aterrizaje Taxi
ActuacionesDespegue
Depende de la componente propulsora Kt y aerodinámica Ka
Calculado también con Efecto Suelo
W/S=632 PaT/Wnec=0,698T/Wdisp=0,9855
Srod < 150 m en cualquier caso.(Cumple RFP)
Parámetro Valor
SG 93,00 m
SR 27,00 m
SRODADURA 120,00 m
SRODADURA (EFECTO SUELO) 124,95 m
γCLIMB 38,36º
STR 211,88 m
ActuacionesAterrizaje
Depende de la componente propulsora Kt y aerodinámica Ka
Calculado también con Efecto Suelo
W/S=545 PaT/W=0,2173
Srod < 200 m en cualquier caso.(Cumple RFP)
Parámetro Valor
SB 157,23 m
SFR 25,87 m
SRODADURA 183,10 m
SRODADURA (EFECTO SUELO) 180,63 m
γa 6,99º
SF 47,59 m
Sa 100,41 m
Subida
Actuaciones
Ángulo óptimo: 9,20 ºVv = 6,5 m/s
Ángulo máx Vv: 7,57 ºmax Vv = 8,5 m/s
Subida según RFP
Actuaciones
Dividida en dos tramos para mayor fiabilidad de resultados.
W/S1=631 PaT/Wnec1=0,1877T/Wdisp1=0,2198
W/S2=628 PaT/Wnec2=0,1773T/Wdisp=0,1876
Crucero
Actuaciones
Potencia disponible según palanca definida por Modelo Propulsivo.
Vmax = 318,6 km/h
W/S=587 PaT/Wnec=0,0877T/Wdisp=0,1078
Crucero: Alcance Máximo
Actuaciones
Alcance para el perfil del RFP:R=1300 km
•
Supera los 1333 km del RFPsumando subida y descensos.
Mitad de la carga de pago (combustible en lugar del pasajero) y planeo según el perfil de la misión
Rmax=2166 km
Vuelo Espera
Actuaciones
Motor optimizando autonomía:Dos segmentos de espera a distintas alturas según RFPW/S1 = 547,65 PaT/W1 = 0,0872T/Wdisp1 = 0,1386W/S2= 545,79 PaT/W2 = 0,0888T/Wdisp2 = 0,1562Radio1: 105,9 mRadio2: 80,74 m
hkmCK
SWvloiter
D
/1153
210
==ρ
hkmCK
SWvloiter
D
/1093
220
==ρ
Planeo
Actuaciones
Ángulo max alcance: 3,31 ºVv = 2,47 m/s
Ángulo máx auton: 3,82 ºVv = 2,17 m/s
ActuacionesDiagrama de la envolvente V-n
Vs
= 99,22 km/h
Va
= 204,9 km/h
VC
= 260 km/h
VD
= 325 km/h
ActuacionesDiagrama de la envolvente V-n
ActuacionesDiagrama Carga de Pago - Alcance
RA
= 2563.0 Km
RB
= 3013.6 Km
RC
= 4257.4 Km
ActuacionesConclusiones
La planta motora cumple con creces las expectativas
Se satisfacen sin problemas los requisitos del RFP (distancias de despegue y aterrizaje, velocidades máximas, etc.)
Su diseño mejorado a partir de las configuraciones clásicas de LSA junto con la versatilidad de misiones del modelo (más de 2000 km de alcance), hacen de Hiperión la mejor opción
HIPERIÓN High Prestations Sports Light Aircraft
Entrega Final
GRUPO 5
Gracias por su atención
¡Buen vuelo!