CB 10 PROJETOSDEAERONAVES FINAL.ppt

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CB -10
Triathlon
Bruno Leite Martins
Fernanda R Conceição
Kaique Henrique Mina
Luiz Leite Martins
Rubens Côrrea Pinto
Requisitos de projeto:
Normas:
	Federal Aircraft Regulations – Part 23 (Normas americanas).
	JAR – VLA (Joint Airworthiness Requirements – Very Light Aeroplanes), normas européias.
JAR- Veículos Leves
Peso máximo de decolagem menor ou igual a 750 kg;
Velocidade de estol não superior a 83 km/h;
Dois lugares no máximo;
Uso de um único motor;
Operações em voo diurno.
Características pretendidas para a aeronave 
Simplicidade construtiva
Possibilidade de construção por amadores
Baixo custo de aquisição
Elevada disponibilidade
Manutenção Simples
Versatilidade operacional
Boas Características de voo lento (estol)
Qualidade de voo superior
Desempenho elevado na sua categoria
Alcance compatível com o voo de turismo
Diversos grupos de motor-propulsores
Materiais nacionais em toda a célula
Design Atual
Aeronaves Similares
PS4
Cessna 152 
T-27
P51-Mustang
Missão de dimensionamento
Missão da aeronave de turismo
 
Missão de dimensionamento
Missão da aeronave acrobática
 
Metodologia e Cálculos Iniciais básicos
Tabelas Comparativas
Tabelas com relação Wp/W
Carga útil arbitrada
Carga útil divida por Wp/W
Peso máximo de decolagem
W-Wp = Peso vazio da aeronave
Pesos
 
Europa Turbo
Pulsar Turbo
Ban-Bi
Katana
Super-2-ARV
Curumim
Lancair
Falco
CB-10
Características
Fibra de vidro, trem retrátil, ROTAX, 115 hp
Fibra de vidro, trem fixo, ROTAX, 115hp
Fibra de carbono pré inpreguinada, trem fixo ROTAX,80 hp
Fibra de vidro, tremfixo,grandeenvergadura, ROTAX, 80hp
Metálico, Trem fixo ROTAX, 80 hp
Madeira e fibra, trem fixo, grnade envergadura, ROTAX 65 hp
Fibra de vidro, trem retrátil,Lycoming 160 hp
Madeira, trem retrátil, Lycoming 160 hp
Fibra de vidro, trem triciclo retrátil,motor 150 hp
Wp/W
0,416
0,45
0,56
0,32
0,39
0,39
0,35
0,46
?
Admite 0,42 como o valor da relação Wp/W
Carga Útil:
2 tripulantes cada um com 86 kg = 172,0 kg
80 litros de combustível(0,72kg/l)= 57,6 kg
3 Litros de óleo (0,90 kg/l) = 2,7 kg
3 litros de água(radiador) = 3,0 kg
Bagagem = 14,0 kg
 __________
	 249,3 kg
Pesos
Peso vazio
Peso Máximo de decolagem
Peso Combustível
100 litros x 900g/litro = 9000g = 90kg
Aerofólios
	Os perfis escolhidos devem possuir o melhor desempenho nas condições abaixo:
Velocidade de cruzeiro igual a 280 Km/h;
Peso máximo de decolagem igual a 600 Kg;
Área alar igual 8,57 m²;
Aerofólios
Parâmetros escolhidos para os aerofólios;
 
Melhor Cl/Cd (Cl de cruzeiro) ou menor arrasto para Cl de cruzeiro;
Estol mais suave;
Espessura relativa (t/c),para uma asa mais robusta;
Clmáx.
Aerofólios Asa
Retirado de: http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=nlf0115-il
 
Raiz da asa – NFL(1) - 0215F: Alto CL e baixo CD para um alto CLMAX
Ponta da asa – Wortmann FX-62-K-131: CL/CD máx. para valores altos CL
Retirado de: http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=fx62k131-il
 
A influência da:
Espessura relativa do perfil + Modo de estolar + Influência geométrica
Aerofólios Empenagem
Empenagem vertical - 641 – 012.
Empenagem horizontal - 641 – 012.
Retirado de: http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=n64012-il
Menor arrasto e menor coeficiente de momento para o valor de Cl do projeto
Estimativa da área alar
S 8,55 m²
WDecolagem 600 kg
W/S 70,18 Kg/m²
Inicialmente
Instalação do motor Lycoming O235-L2A
S 8,67 m²
WDecolagem 610 kg
Refinamento dos valores pré-estabelecidos.
Normativo JAR-VLA
Áreas e Cordas
Divisão da asa em áreas:
	Cálculo das cordas referentes a interface entre as áreas (Motivação construtiva);
	Definição das áreas relativas de acordo com a ponderação do perfil (Influência do perfil na sustentação);
	Cálculo do Reynolds para as áreas relativas;
	Usando tabelas comparativas encontramos a extrapolação do CL máx.;
	Refinamento da estimativa da área da asa e por consequência dos diversos parâmetros relacionados;
	
	
Áreas e Cordas
Parâmetros em planta da asa
Asa trapezoidal
Melhor estruturalmente
Maior caixa de torção na raiz da asa (mais leve para a mesma resistência);
Pequeno arrasto induzido;
Menor inércia lateral favorecendo as acrobáticas;
Considerando bom, estaticamente.
Enflechamento da asa 
Nulo
Longarina principal retilínea, facilitando a construção;
Boas características de estol.
Parâmetros em planta da asa
Parâmetros em planta da asa
Diedro Positivo
Estabilidade estática lateral positiva, facilitando a pilotagem em cruzeiro e nos pousos.
Fixação das asas sem montante
Mais eficiente aerodinamicamente que a asa como montante;
Mais pesada que a asa com montante.
Parâmetros em planta da asa
Posição vertical da asa
Asa baixa 
Melhor visibilidade do aeroporto nas curvas de aproximação para pouso;
Maior manobrabilidade;
Maior efeito – solo na decolagem;
Menor altura da cabine, logo, menor arrasto;
Mais adequado para vôo acrobático.
Tipos de empenagem
Empenagem Convencional
 
Vantagens
Desvantagem
-Possui Maior rigidez
 
-Estruturalmente mais rígido.
 
 
-Possui quatro pontos de interferência aerodinâmica
 
 
 
Vantagens
Desvantagem
-Possui maior desempenho aerodinâmico
-Apenas 2 pontos de interferência
-Função deend-platepara empenagemvertical
-Redução de área da EH
 
-Mais pesado que a empenagem convencional, devido ao reforço estrutural colocado na EV para suportar a EH.
-Risco deDeepStall
 
Empenagem em T
 
Vantagens
Desvantagem
- Para mesma resistência, mais leve que a solução em T, porém mais pesada que a solução convencional
 
 
- 4 pontos de interferência aerodinâmica
-Não redução da área da EH em relação a configuração em T
 
 
Cauda em Cruz
Configuração Empenagem convencional adotado ao projeto
Parâmetros da empenagem
RV 6
Glasair
Lancair
Falco
Pulsar
Europa
K-51
Tucano
P 51
Me-109
Alongamento
3.11
4.71
3.32
4
4.15
3.00
4.24
4.6
4.54
3.64
Afilamento
0.6
0.54
0.62
0.5
0.73
0.75
0.58
0.5
0.65
0.65
Dados históricos
Caracterização do estol para diferentes
 afilamentos
EH
EV
Alongamento
4
6,4
Afilamento
0,5
0,5
Valores adotado ao projeto
GRUPO MOTO PROPULSOR
 
Vantagens
Desvantagem
-Possui uma melhor distribuição de massa, facilitando a centragem.
-Mais adequado aovooacrobático
-Rendimento propulsivo provocado pelo maior arrasto do jato da hélice contra a fuselagem
MOTOR DIANTEIRO
 
Vantagens
Desvantagem
-Melhor visibilidade
- Melhor rendimento propulsivo.
-Escoamento na parte anterior da fuselagem.
-Distribuição desfavorável de massa, dificultando a centragem
-Pouco adequado para o voo acrobático.
MOTOR INTERMEDIÁRIO
Adotado o Motor Dianteiro
 Parâmetros W/S(Carga Alar) e T/w(potência peso)
Aeronave monomotora com potencia na faixa 100 a 150 hp;
Velocidade máxima em voo nivelado igual ou superior a 280 Km/h; 
Velocidade de cruzeiro a 75% da potência, igual ou superior a 260 Km/h;
Velocidade de estol com flaps, igual ou inferior a 83 Km/h(Norma do JAR-VLA);
 
Razão de subida igual ou superior a 6 m/s. 
 Requisitos de desempenho almejado do projeto
Estimativa Carga Alar W/S
Gráfico entre velocidade máxima e Carga alar
Estimativa Carga Alar W/S
Gráfico entre velocidade de estol com flapes e Carga alar
 Estimativa da potência peso.
Europa Turbo
Pulsar Turbo
BanBi
KR-2S
Robin 200
Grob 115
F22-A
Cessna 152
Glastar
RV-6
Falco
Hp/Kg
0,19
0,21
0,18
0,16
0,15
0,14
0,15
0,15
0,22
0,24
0,16
Comparação das razões potência / peso de aeronaves utilitárias similares
Super Decathlon
RansS-16Shekar
Skybolt
Christen Eagle
G-202
Extra 300
Sukhoi 29
Pitts S-1
Zlin Z-50L
CAP 231
G200
Hp/Kg0,22
0,23
0,24
0,27
0,29
0,32
0,33
0,35
0,36
0,37
0,38
Comparação das razões potência / peso de aeronaves acrobáticas similares
Utilitário
Acrobático
P/W
0.20
0.25
Valores de potência peso adotado
 Estimativa da potência peso.
 Estimativa da potência peso.
Relação Potência/Peso
 
ROTAX914 (115HP)
LYCOMING O-235-LA (118HP)
LYCOMING O-290-D2C (135HP)
LYCOMING O-320-E2D (150HP)
LYCOMING O-320-H2A1 (160HP)
CONTINENTAL IO-240 (125HP)
NSI-AE81-120-TB (120HP)
NSI-AE81-140-TBB(140HP)
Utilitária
0,19
0,20
0,23
0,25
0,27
0,21
0,20
0,23
Acrobática
0,25
0,26
0,30
0,33
0,35
0,27
0,26
0,31
Possíveis motores a serem utilizados e suas relações Potência/Peso
Relação Potência/Peso
ROTAX914 (115HP)
LYCOMING
O-235-LA(118HP)
LYCOMING
O-290-D2C (135HP)
LYCOMING
O-320-E2D(150HP)
LYCOMING
O-320-H2A1(160HP)
CONTINENTAL
IO-240(125HP)
NSI-AE81-120-TB (120HP)
NSI-AE81-140-TBB(140HP)
Peso do motor com óleo [Kg]
75,70
104,50
111,50
117,50
118,50
107,50
101,00
109,00
Peso vazio estimado [Kg]
329,45
358,25
365,25
371,25
372,25
361,25
354,75
362,75
Peso máximo estimado [Kg]
579,45
608,25
615,25
621,25
622,25
611,25
604,75
612,75
Área alar estimada [m2]
8,57
8,69
8,79
8,88
8,89
8,73
8,64
8,75
Acréscimo de área alar [%]
0,0
1,4
2,6
3,6
3,7
1,9
0,8
2,2
Pesos dos motores considerados, para se manter a mesma carga alar e velocidade de estol.
Dimensionamento
Tabela geral das características das aeronaves
Dimensionamento
RV-6
Galsair
Lancair
Falco
Pulsar
Europa
K-51
Tucano
Wp/W
0,38
0,35
0,35
0,46
0,44
0,52
0,4
0,43
W/S
71,14
108,36
125,58
102,1
67,01
64,74
76,09
163,66
A
4,81
7,26
7,5
6,41
7,11
7,81
6,54
6,4
P/W
0,25
0,24
0,26
0,16
0,14
0,17
0,19
0,24
Tabela reduzida para escolha de parâmetros iniciais
 Foi adotado um afilamento de 0,5, pois um valor menor poderá gerar problemas de estol na ponta da asa, a menos que seja feita uma torção ou instale slots, sendo estes recursos fatores complicadores no processo construtivo.
Dimensionamento
Visualização das proporcionalidades de áreas
Visualização das proporcionalidades lineares
Dimensionamento
Principais proporções de aeronaves semelhantes.
Dimensionamento
RV-6
Galsair
Lancair
Falco
Pulsar
Europa
K-51
Tucano
P-51
Me-109
CB-10
Vh
0,48
0,7
0,57
0,64
0,48
0,58
0,64
0,72
0,44
0,6
0,63
Vv
0,058
0,051
0,055
0,045
0,044
0,056
0,051
0,083
0,046
0,062
0,063
Valores dos volumes de cauda dos modelos similares
No cálculo da geometria da empenagem foi adotado um alongamento de 4 (escolheu-se o menor valor visando obter uma estrutura mais resistente)
Quanto menores forem os volumes de cauda, vertical e horizontal, menores serão seus arrastos (empenagem e total) e melhor serão seus desempenhos aerodinâmicos. 
Por outro lado, pior será a estabilidade e controle da aeronave, principalmente no pouco e decolagem. Para o caso de volumes de cauda maiores, ocorrerá a situação oposta.
Configuração interna
Layout lado-a-lado 
 Adequado para categoria utilitária – treinamento avançado de pilotagem (instrutor+aluno)
 Lista de aeronaves similares apresenta preponderância do layout adotado
Configuração interna
Localização/Posição do piloto
Projeto adota conceito de “solução mínima”
Ergonomia deve ser observada
Assentos localizados no fundo da cabine – similaridade com carros esportivos
Cálculo de Cargas
É realizado um cálculo de cargas atuantes na fuselagem, asas e empenagens:
 Define-se fator de carga de manobra, conforme norma JAR-VLA adotada (requisitos);
 Revisita-se o cálculo dos pesos da aeronave;
 Define-se o envelope de voo (gráfico que relaciona fator de carga em função da velocidade da aeronave e questão de rajadas atuantes na aeronave);
Cálculo de Cargas
 As cargas são calculadas conforme norma.
 Importante ressaltar a distribuição das cargas ao longo da estrutura da aeronave. Ainda que não se calculassem os valores, é necessário verificar a distribuição de cargas para previsão da estrutura da aeronave
Exemplo: 
Carga na empenagem vertical e carga na fuselagem
Considerações sobre Trem-de-pouso
Tipo adotado : triciclo retrátil.
 Vantagem aerodinâmica – não aumenta arrasto do avião em voo, uma vez que é recolhido
 Manobrabilidade em solo (evita tendência da aeronave das “cavalo de pau”
 Layout preliminar
Roda frontal			Rodas principais
Considerações sobre Subsistemas
Sistemas de comando (profundor, rolamento, hipersustentação) mecânico – braços de alavancas
Sistema elétrico simplificado – aeronave não apresenta sistema complexo de iluminação, ou mesmo aviônica com componentes eletrônicos de grande potência que demandariam fontes de energia elétrica mais robustas.
Admite-se o uso de baterias veiculares para suprir a demanda de energia elétrico do motor, dos instrumentos da aeronave,iluminação da cabine, sistema de alimentação de combustível
Considerações sobre Proteção contra colisão
Posição relativa motor-piloto
 Reforços estruturais e considerações da estrutura e fuselagem atuarem como absorvedores de energia quando da ocorrência de uma colisão devem ser sinalizados para etapa de detalhamento do projeto da aeronave.
Para-brisa:
	Levar em conta possível choque contra pássaros durante o voo.
Considerações sobre Produtibilidade e Mantenabilidade
No que se refere à produtibilidade, os seguintes guidelines foram considerados:
Simplicidade construtiva;
Utilização de materiais compostos sem utilização de moldes;
Alternativa de utilização de motores aeronautizados ou aeronáuticos não homologados (norma permite).
Considerações sobre Produtibilidade e Mantenabilidade
Quanto à manutenção da aeronave:
Simplicidade construtiva possibilita realização da manutenção de maneira facilitada;
Planos de manutenção simples (sem complexidade);
Construção para transporte oficina/aeroporto/oficina - possibilidade de transporte sem grandes intervenções na aeronave, projetada para ser separada – cone de cauda com empenagens destacável.
Fuselagem
Fuselagem Base
Cessna 182
Dimensionamento inicial
Variáveis ajustadas
Comprimento;
Curvatura;
Curvatura localizada;
Inclinação do tail;
Angulação do nariz;
Angulação da parte dianteira da fuselagem;
Dimensionamento do spinner;
Dimensionamento da espessura da cauda;
Peso (altura da fuselagem);
Largura.
Seções da fuselagem
Seção transversal detalhada
Comparativo entre a fuselagem inicial e a final.
Asa, profundor e leme.
Asas e empenagem
Cessna 182
Dimensionamento inicial das asas
Definição da geometria da asa e da empenagem
Definição do diedro
Perfis da asa
Perfis do profundor e leme
Variáveis ajustadas
Área; 
Corda na raiz;
Corda na ponta;
Envergadura;
Razão de afilamento;
Ângulo de diedro;
Camber;
Camber localizado;
Espessura.
Comparativo entre asa e empenagem 
inicial com a final 
Avião completo