PROJETO CONCEITUALrbpiccinini.freeshell.org/docs/aerodesign/apresentacao.pdf9 1. Projeto Conceitual...

Gustavo Oliveira Violato Alex Sandro Maia Fernandes Eduardo Rodrigues PoçoFelipe Carvalho Martins Flávio Luiz Cardoso Ribeiro

Joaquim Neto Dias Leandro Resende de PáduaNey Rafael SeccoRodrigo Badia Piccinini Vitor Gabriel Kleine

Professor Orientador: André Valdetaro Gomes Cavalieri

PROJETO CONCEITUAL

1. Projeto Conceitual

2. Aerodinâmica

3. Cargas e Estruturas

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

PROJETO CONCEITUALPRÉ-PROJETO

• Missão da aeronaveTransporte de Carga

Maximizar pontuação

• RestriçõesCumprir itens do regulamento

Confiabilidade

1.1. Pré-Projeto

1.2. Metodologia de Projeto

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

PRÉ-PROJETO

PROJETO CONCEITUAL

1.1. Pré-Projeto

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho Pontual

PROJETO CONCEITUALMETODOLOGIA DE PROJETO

•Fluxograma:

1.1. Pré-Projeto

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

PROJETO CONCEITUAL

Configuração inicial

Estimativa da polar de arrasto

Desempenho em subida e decolagem

Estimativa da massa do avião

Carga útil – pontuação

1.1. Pré-Projeto

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

PROJETO CONCEITUAL

1.1. Pré-Projeto

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

AERODINÂMICA

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho Pontual

2. Aerodinâmica 2.1.Perfil das

Asas 2.2.Asas 2.3.Empenagem

Horizontal 2.4.Empenagem

Vertical

2.5.Fuselagem 2.6.Avião

Completo

4. Estabilidade

5. Controle6. Desempenho

AERODINÂMICAPERFIL DAS ASAS

• Modificação do perfil Selig1223

Estrutura mais resistente.

Menor peso estrutural.

Melhora de características aerodinâmicas.

Perfil 10% mais espesso:

S1223HG[1] SELIG, M. Et Al, Summary of Low-Speed Airfoil Data Vol. 1, 2,3. Soartech Publications, 1995

Base para modificações: XFOIL

AERODINÂMICAPERFIL DAS ASAS

-20 -10 0 10 20 30α (º)

S1223 experimentalS1223HG experimentalS1223 (Selig)

Vertical

Completo

4. Estabilidade

AERODINÂMICAASAS

Biplano: Vlocal V∞ø §

Vlocal>V∞

Vlocal<V∞

ClVlocal < ClV∞

ClVlocal > Clv∞

Cl adimensionalizado por V∞

não prediz estol.

Códigos Vortex Lattice normalmente utilizados calculam ClV∞;

Solução: Programar um código Vortex Lattice.

Vertical

Completo

4. Estabilidade

AERODINÂMICAASAS

Vertical

Completo

4. Estabilidade

AERODINÂMICAASAS

Acerto das incidências

Aumento corda aileron (estol)

Escolha do afilamento

Vertical

Completo

4. Estabilidade

AERODINÂMICAEMPENAGEM HORIZONTAL

Base para o projeto:CHT=0,4

-160,454,50,198

Λ c/4 (º)λAS (m2)

Perfil RG14 invertido

CLEH cumpre requisitos.

Vertical

Completo

4. Estabilidade

AERODINÂMICAEMPENAGEM VERTICAL

1° Tentativa: CVT Instabilidade em Espiral.

Base de projeto:

Critérios de qualidade de vôo.

Perfil NACA 0014

Alojamento de servos:

•Menor arrasto;

•Maior funcionalidade.

17,80,70,8230,042

Λ c/4 (º)λAS (m2)

Vertical

Completo

4. Estabilidade

AERODINÂMICAFUSELAGEM

Projetado para evitar

descolamento*

Passeio do CG com carregamento minimizado

Diminuição da área frontal

Vertical

Completo

4. Estabilidade

* Hoerner, S.F. , Aerodynamic Drag – Practical Data, Otterbein Press - 1951

AERODINÂMICAAVIÃO COMPLETO

Vertical

Completo

4. Estabilidade

AERODINÂMICAAVIÃO COMPLETO

0 0,1 0,2 0,3 0,4CD

0 5 10 15 20α (º)

- Cl x alfa

- Polar de Arrasto

Vertical

Completo

4. Estabilidade

CARGAS E ESTRUTURAS

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

CARGAS E ESTRUTURASPROJETO ESTRUTURAL

Confiabilidadena construção

Rigidez Estabilidade

Resistência

Leveza

Projeto Estrutural

2. Aerodinâmica3. Cargas e

Estruturas 3.1.Materiais 3.2. Envelope de

Vôo 3.3.Asas 3.4.Empenagens 3.5.Fuselagem 3.6.Tail Boom 3.7.Junção das

Asas 3.8.Trem de

Pouso 3.9. Peso Final4. Estabilidade5. Controle6. Desempenho

CARGAS E ESTRUTURASMATERIAIS

Asas 3.8.Trem de

HoffmanHoffmanInvariantes

de Von Mises*Invariantes

de Von Mises*Critério de falha

Fibra de Vidro

Fibra de Carbono

Chapa de Balsa

Barra de Balsa

--0,73**3,1τu (MPa)

--4,215σuc (MPa)

241543007,426σut (MPa)

21101760160200ρ (kg/m3)

* AICHER S & KLOCK W. Linear versus quadratic failure criteria for inplane loaded wood based panels. ** Verificado em ensaio de torção pura.

CARGAS E ESTRUTURASENVELOPE DE VÔO

Estruturas 3.1.Materiais 3.2. Envelope

de Vôo 3.3.Asas 3.4.Empenagens 3.5.Fuselagem 3.6.Tail Boom 3.7.Junção das

Asas 3.8.Trem de

CondiçãoLimite (nz=2,45)

CondiçãoÚltima (nz=2,70)

Condição última = 1,1 x Condição limite

-80-60-40

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25

y (m)Mom

Mx - Asa Superior Mx - Asa Inferior

CARGAS E ESTRUTURASASAS

Asas 3.8.Trem de

258,0Asa Superior

211,2Asa inferior

FZ na condição

última (N)

•Esforços diminuem rapidamente para a ponta.•Carregamentos diferentes em cada asa.

Asas 3.8.Trem de

Otimização da estrutura:

Compressão: menor resistência.

(balsa)Dimensões variáveis ao longo da envergadura.

EstruturasDiferenciadas.

CARGAS E ESTRUTURASEMPENAGENS

Asas 3.8.Trem de

0,14-0,73-0,73T (N.m)

7,23-4,9823,91Sz (N)

-1,78-0,87-5,14Sx (N)

0,100,191,00Mz (N.m)

-0,421,01-4,87Mx (N.m)

1,000,521,05Cl

•V=Vd=18m/s•Esforços na raiz.

(balsa) (balsa)

CARGAS E ESTRUTURASANÁLISE ESTRUTURAL DAS ASAS E EMPENAGENS

Asas 3.8.Trem de

• Cálculo de tensões e deslocamentos por teoria de viga de paredes finas. (Aircraft Structures. Megson, T.H.G.)

• Análise de falha pelo critério de variantes de Von Mises.

Resultados da análise de

falha para seção da raiz.

Material

Dimensõese posicionamento

Esforços

Tensões

CARGAS E ESTRUTURASFUSELAGEM

Asas 3.8.Trem de

•Cargas principais:- Pouso (Aceleração 2g);- Esforços das empenagens;- Esforços do motor.

Em solo, caixa de carga apoiada no trem de pouso principal.

Em vôo, caixa de carga apoiada nas asas.

•Otimização:

Alívio da estrutura:

CARGAS E ESTRUTURASTAIL BOOM

Ensaio de rigidez:

Asas 3.8.Trem de

Cargas oriundas das empenagens.

Sanduíche de fibra de carbono e honeycomb.

Principal requisito: Rigidez.

CARGAS E ESTRUTURASJUNÇÃO DAS ASAS

Asas 3.8.Trem de

• Cargas:– Carga lateral em curva;– Carga de compressão em

pouso;– Carga de tração em vôo.– Torção.

• Análise em Nastran (elementos finitos).

Fibra de carbono unidirecional

Espuma de PVC

Alta rigidez e baixo peso.

CARGAS E ESTRUTURASTREM DE POUSO PRINCIPAL

Asas 3.8.Trem de

• Fatores de carga normal e horizontal: 2,0 e 0,7.

TREM DE POUSO DO NARIZ

• Haste de aço com garfo de alumínio para prender a roda.• Resistência comprovada por testes.

Carga de pouso suportada por

meia estrutura.

Índice de falha de Hoffman

(Otimização limitada pela rigidez).

Análise em Nastran com elementos de

laminado.

CARGAS E ESTRUTURASPESO FINAL

-Peso vazio = 4,589 kgf-Contribuição de cada componente do avião (kgf):

0,9960,1060,0970,078

Tail Boom ParafusosEV EHTrem de Pouso AviônicosFuselagem Conjunto do MotorAsa Superior Asa Inferior

Asas 3.8.Trem de

ESTABILIDADE

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

ESTABILIDADEESTABILIDADE ESTÁTICA

Estruturas4. Estabilidade 4.1.Estabilidade

Estática 4.2.Estabilidade

Dinâmica

4.3.Qualidade de Vôo

5. Controle

6. Desempenho

Fatores que indicam estabilidade e boa qualidade de vôo:

Látero-direcional:

Longitudinal: Margem estática entre 10% e 16%;

CGavião

CAavião

Enflechamento (5,5° - c/4); Diedro (3,2°).

ESTABILIDADEESTABILIDADE DINÂMICA

Linearização das equações e cálculo auto-valores da matriz de estado.

Dinâmica

5. Controle

6. Desempenho

Derivadas de estabilidade(Vortex Lattice)

Estimativa dos momentos de inércia.

Utilizada a Norma MIL (com adaptações).

Cálculo do fator de amortecimento e freqüência natural.

ESTABILIDADEQUALIDADE DE VÔO LONGITUDINAL

Dinâmica

5. Controle

6. Desempenho

fn (Hz)

Período curto

9,780,8830,107Cruzeiro

9,651,080,174Subida

wn (rad/s)wn (rad/s)z

Período fugoidal

Nível 1(ζ >0,04

)Não tripulado, portanto pode ter freqüência natural maior.

Segundo pesquisas, esse comportamento é desejável.

* PETERS M.E.; ANDRISANO D. The determination of longitudinal flying qualities requirements for light weight unmanned aircraft.

Nível 2

ESTABILIDADEQUALIDADE DE VÔO LÁTERO-DIRECIONAL

Nível 1(Estável)

19,2--Espiral

-4,680,388Dutch roll

0,204--Rolamento

t1/2(s)wn (rad/s)zVelocidade de subida

Nível 1(t1/2 < 1,0s)

Nível 1(z>0,19; zwn>0,35 rad/s e wn>1 rad/s)

Estática

4.2.Estabilidade Dinâmica

5. Controle

6. Desempenho

CONTROLE

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

Estruturas4. Estabilidade5. Controle 5.1.Controle

Longitudinal 5.2.Controle

Látero-Direcional

6. Desempenho

CONTROLECONTROLE LONGITUDINAL

Empenagem horizontal inteiramente móvel:

CL máximo e mínimo com folga.

Escolha acertada: Recuperação de mergulho.

Vídeo(futuramente... à noite)

CONTROLECONTROLE LÁTERO-DIRECIONAL

Látero-Direcional

6. Desempenho

Emp. Vert. (Cvt) Instabilidade em espiral.

Obrigatório diminuir EV

Controle Látero-direcional prejudicado.

Solução: Aumento de Ailerons.

Novo problema: Guinada adversa.

Solução Final: Ensaios em vôo e uso de ailerons diferenciais.

Látero-Direcional

6. Desempenho

Análise de efetividade dos ailerons no XFOIL:

Não há precipitação do estol.

-5 0 5 10alfa (º)

Alfa maxAlfa minDeflexão (º)-12-8-404812

Cálculo das derivadas de controle por Vortex Lattice e correção por resultados do XFOIL.

Látero-Direcional

6. Desempenho

-25,0°SubidaProfundor

5,5°Curva NiveladaLeme

4,0°Curva NiveladaAilerons

Deflexão Máxima*Situação Limitante

* Com relação à fuselagem.

Látero-Direcional

6. Desempenho

- Ensaio em túnel:

DESEMPENHO

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

DESEMPENHODESEMPENHO: REQUISITOS

•Objetivo principal: Cálculo de desempenho para obtenção da carga total máxima na competição.•Análise crítica do regulamento FAR 23

Mais Crítico

* Perda de pontos por carga útil não compensa a bonificação.

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

DESEMPENHODESEMPENHO

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15005

Altitude densidade (ISA) (m)

Ú til (K

DecolagemSubidaCruzeiroRaio MínimoArremetidaPouso

São José dos Campos: ~20°C

Previsão de Carga Útil

Carga Útil = 14,039-0,0004*(H)

200 500 800 1.100 1.400 1.700

Altitude Densidade (m)

2. Aerodinâmica

4. Estabilidade

5. Controle

6. Desempenho

FAR 23 - §23.51(4).

15 15.5 16 16.5 17 17.5 1812

Carga total(kg)

Restrição da decolagemRestrição da subidaPonto ótimo de decolagem (massa máxima)

Estruturas4. Estabilidade5. Controle6. Desempenho

27 m Raio mínimo de Curva Nivelada:

8,5 m/sVelocidade ao passar a marca de 122m no pouso:

227,75 m Distância para parada completa em pouso:

1,8 m/sVelocidade vertical em planeio (Alcance máximo):

(-)6,575°Razão de planeio (Alcance máximo):

16,8 m/sVelocidade máxima de vôo (Limitada pelo Cl min):

14,4 m/sVelocidade adequada para cruzeiro:

12,8 m/sVelocidade de decolagem:

10,9 m/sVelocidade de Stall:

Valor:Propriedade:

Altitude Densidade 600 m

Desempenho Pontual

AERODINÂMICAASAS

-1,25 -1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25y/(b/2)

Asa inferior

Asa superior

Cl estol perf il

-1,25 -1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25y/(b/2)

Asa inferior

Asa superior

-1,25 -1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25y/(b/2)

taçã

Asa inferior

Asa superior

Distribuição Elíptica

• Estol na região dos ailerons:1. Projeto

Conceitual2. Aerodinâmica3. Cargas e

Látero-Direcional

6. Desempenho

Análise de efetividade dos ailerons no XFOIL:

Não há precipitação do estol.

-10 -5 0 5 10

df (º)

Teórico [5] Alfa=6ºAlfa=3º Alfa=0º

Asas 3.8.Trem de

-70-55-40-25-10

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25

Mx - Asa Superior Mx - Asa Inferior

Mz - Asa Superior Mz - Asa Inferior

Asas 3.8.Trem de

-50-20104070

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25

Sx - Asa Superior Sx - Asa Inferior

Sz - Asa Superior Sz - Asa Inferior

Asas 3.8.Trem de

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25

Asa Superior Asa Inferior

PROJETO CONCEITUALrbpiccinini.freeshell.org/docs/aerodesign/apresentacao.pdf9 1. Projeto Conceitual...

Documents

Transcript of PROJETO CONCEITUALrbpiccinini.freeshell.org/docs/aerodesign/apresentacao.pdf9 1. Projeto Conceitual...

Asas De Papel

V Competição SAE BRASIL AeroDesign - urisan.tche.br · SAE BRASIL AERODESIGN 2013 CLASSES REGULAR, ADVANCED E MICRO REGULAMENTO DA COMPETIÇÃO ... 2. Objetivos da Competição_____

Projeto Conceitual e Preliminar de Aeronaves Destinadas à Competição Sae Aerodesign

V Competição SAE BRASIL AeroDesign - ifpe.edu.br · duas décadas nos programas Baja SAE, AeroDesign, Fórmula SAE e Demoiselle, e ... Na competição SAE BRASIL Formula Drone,

Entrevista ASAS

V Competição SAE BRASIL AeroDesign

Todos temos asas

ASAS - Edição 81

IV Competição SAE BRASIL AeroDesign INTRODUÇÃO · O documento “SAE BRASIL AeroDesign 2002 – Documento Interpretativo” esclarece vários aspectos do regulamento, fornecendo

Relatorio Aerodesign -2010

Asas Da Alva

Rosa Aerodesign

Revista Asas

Regulamento SAE BRASIL AeroDesign 2015 Rev01

Asas do Intento

1º Catálogo ASAS

Regulamento SAE Brasil AeroDesign 2014 Rev02

Liquens são asas

Asas - Aprilynne Pike

Asas Bola Tampar