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GRUPO II

Ana Álvarez-Ossorio CisnerosAntonio Franco EspínAndrés Garrido PiñeroJosé Ángel Lozano FernándezRocío Mayo MendozaAntonio Navarro Perea

DISEÑO

PERFIL

ALZADO

PLANTA

ESTRUCTURAS

Pesos por componentes

• Uso de composites

• Método Raymer

• Coordinación y reajuste con resto de grupos

Pesos de despegue

• 250 Kg de combustible

• Dos pasajeros

• 100 Kg por pasajero (80 kg + 20 kg (equipaje))

• Peso máximo despegue=14018 N (1429 kg)

Cargas

• Cargas sustentadoras últimas (1.5máx)Lw=46261N Mw=128689 Nm

• Cabina presurizada (1828m - 10668m)ΔPmáx=81200-23800=57400 Pa

• Fuerza máxima soportada por cada tren central:Fmax=12416 N (1265 kg)

CargasCola

- Fuerzas máximas soportadas en el timón horizontal:

Fht=9652NMht=3626Nm

- Fuerzas máximas soportadas en el timón vertical:

Fvt=11540NMvt=11612Nm

Empleo de materiales

• Tecnología puntera

• Empleo de materiales compuestos donde sea posible (Reducción):Ala y estabilizadores (15%)Fuselaje y tomas de aire (10%) Tren de aterrizaje (5%)

Diseño estructural

Diseño estructuralFuselaje

Cuadernasseparadascada 0.6m

AERODINÁMICA

AERODINÁMICA

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DEL ALA


• Forma en planta trapezoidal• A=10 TR=0.376 (Es el ideal)• S=9 m2 Flecha nula• c=0.95 m Diedro: Γ=5º• b=9.5 m Torsión nula

AERODINÁMICA

SELECCIÓN DE PERFILES PARA ALA Y SUPERFICIES DE CONTROL

SELECCIÓN DE PERFILES PARA ALA Y SUPERFICIES DE CONTROL

• Perfil para el ala: NLF(1)-0115F

– αzl=-2.5º Clmax=1.7

• Perfil para estabilizadores: NACA 0012

AERODINÁMICA

CURVA DE SUSTENTACIÓN EN DISTINTAS CONFIGURACIONES


despegue subida crucero espera aterrizajeM 0.11 0.41 0.61 0.16 0.11CLα 5.24 5.63 6.31 5.27 5.24CL0 0.229 0.246 0.275 0.230 0.229

CLmax 2.05 1.12 0.78 1.53 2.42CL 1.35 0.15 0.25 0.80 1.16

αmax 16.21º 10.87º 6.6º 16.13º 13.4º

AERODINÁMICA

POLAR DEL AVIÓN EN DISTINTAS CONFIGURACIONES


• Modelo de Polar:

– Hipótesis:

, ,

,

20 22

2

( )2min drag min drag

min drag

D D L LD D L L

L

C C KC k CC C K C C

k KC⎧ = + −⎪= + − ⎯⎯→⎨ =⎪⎩

, 0min dragL LC C≈


despegue subida crucero espera aterrizajeKCD0 0,0174 0,0154 0,0178 0,0171 0,2174K2 0,013 0,014 0,0156 0,0131 0,013E 26,1 10,6 16 32,2 4.8Emax 32,9 37,4 35,6 33,4 6,95

0,0284

ESTABILIDAD Y CONTROL

DETERMINACION DE LAS SUPERFICIES DE CONTROL

DETERMINACION DE LAS SUPERFICIES DE CONTROL

25% cuerda timón25% cuerda alerón

1.38m2Selevator0.54 m2Srudder

0.4Estrechamiento0.8Estrechamiento

4Alargamiento1.5Alargamiento

2.3 m2Superficie2.7 m2Superficie

Estabilizador HorizontalEstabilizador Vertical


ANÁLISIS DEL MARGEN ESTÁTICO.

ANÁLISIS DEL MARGEN ESTÁTICO

• SM=Xnam-Xcgm= 0.1537(≈15%)– Xcg=4.2273m

• Xcgw=4.1m• Xcgtver=7.8964m• Xcgthor=8.0383m• Xcgta=4.4467m Posición del Tren Principal.

– (Se cumple Xcgta>Xcg) Estable en Tierra.

– Xnam=4.6097• Xacw=3.9577m


ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD ESTÁTICA LONGITUDINAL

ANÁLISIS DEL TRIMADO LONGITUDINAL

• Para it=1º & iw=0º– Alpha=-0.4138º– Deltae=1.4060º– Cm0=0.0306 (Se cumple Cm0>0)– Cmalpha=-1.0383 (Se cumple Cmalpha<0)

ANÁLISIS DEL TRIMADO LONGITUDINAL

ANÁLISIS DEL TRIMADO LATERAL-DIRECCIONAL

• δa =3.7898º• δr= 5.0898º• Phi=11.6º

– Cnβ =0.0498 (Se cumple Cnβ > 0)– Clβ =-0.0600 (Se cumple Clβ < 0)


ESTABILIDAD DINÁMICA LONGITUDINAL


• Short Period:• ω=3.0815• ζ=0.4147

• Phugoid:• ω=0.1117• ζ=0.1313


ESTABILIDAD DINÁMICA LATERAL-DIRECCIONAL


• Modo Balanceo Holandés.– ωnd=1.98– ζd=0.3

• Estabilidad neutra del cabeceo: s=0.• Modo Espiral: Sspiral= -0.0115• Modo Roll: Sroll= -9.598


CRITERIOS DE ESTABILIDAD FAR23

CRITERIOS DE ESTABILIDAD FAR23

• Crucero : Fase de Vuelo Cat B• Nivel I. Estabilidad longitudinal.

– ζsp=0.4147 0.30< ζsp<2.0 Niv. I– ζph=0.1313 ζph>0.04 Niv. I

• Nivel I. Estabilidad lateral.– ζd>0.08 ζd=0.3 (Cumple)– ζd. ωnd>0.15 ζd. ωnd= 0.5940 (Cumple)– ωnd>0.04 ωnd=1.98 (Cumple)

PROPULSIÓN

INTRODUCCIÓN

• Configuración bimotor:-Mayoría de VLJs son bimotores.-Requerimientos del RFP.-Seguridad.

• Desventajas:-Leve incremento de peso.-Mayor coste.

OPTIMIZACIÓN 1

• Todos son válidos Cambio de motor

PLANTA MOTORA

• Derivación del J1000: Turbojet J600

• J700 da demasiada potencia.

• J500 cumple todas las especificaciones excepto las referidas a subida por la norma FAR 23.

• J600 seleccionado.

EMPUJE-RESISTENCIA DE CRUCERO

T-D @10973

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

Mach de Vuelo

Empu

je-R

esis

tenc

ia(N

)

TD

CONSUMO DE COMBUSTIBLE

• Consumo total: 204 kg de combustible.

• Taxy y descenso con motores en idle.

• Despegue con full-throttle.

• Crucero a throttle0.85. 18 kgEspera

139 kgCrucero

33 kgSubida

8 kgDespegue

3 kgTaxy

ConsumoSegmento

DIAGRAMA V-n

CARGA DE PAGO-ALCANCE

OPTIMIZACIÓN 2

ACTUACIONES

OBJETIVOS

• CUMPLIR RFP

• DISEÑO ÓPTIMO

• SE REDUCE EL PESO DE COMBUSTIBLE A BORDO

W/S Y T/W

0.30331355.6ESPERA

0.09951507.9CRUCERO

0.33821544SUBIDA

0.38071557.6DESPEGUE

T/WW/S (Pa)SEGMENTO

VELOCIDADES

VSUBIDADESP=43.3m/sVS=128 m/s

VCRU=180.55 m/sVTD=41.53 m/s

VLOITER=58.04 m/s

VAPROX=46.95 m/sVTO=39.72 m/s

DESPEGUE

• ΥCL=19.7º

• DISTANCIA DE DESPEGUE: 557.26m.

• CUMPLE RFP

ATERRIZAJE

• ΥCL=2.7º VÁLIDO POR SER <3º

• DISTANCIA DE ATERRIZAJE: 529.35m.

• CUMPLE RFP– SIN THRUST REVERSAL– SPOILERS

SUBIDA

Ángulos y velocidades óptimas de subida

Velocidades óptimas Ángulos óptimosVelocidades óptimasVelocidades óptimas

SUBIDA ÓPTIMA

• DISEÑO DE SUBIDA ÓPTIMA EN 8 TRAMOS: distintos ángulos y velocidades

• SE PUEDE SUBIR A 16º

• SE CONSUMEN 33.3 KG DE COMBUSTIBLE EN LA SUBIDA

CRUCERO

Estudio altura óptima

• Crece continuamente hasta la estratosfera

• A partir de ese punto no se dispone de datos de empuje, pero se supone que disminuirá

Estudio Alcance

• Se calcula el alcance máximo para la velocidad de crucero especificada en el RFP

• La óptima es menor: Vopt=120.77 m/s

• R= 1.734 Km

• CUMPLE RFP

ESPERA

Estudio velocidades y alturas óptimas

• ALTURA ÓPTIMA INFERIOR A LA INDICADA EN RFP

• VOPT=63.06 m/s >1.2Vstall VÁLIDA

• E=5950 s 62.41 min

• CUMPLE RFP

Conclusiones

¿Preguntas?

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