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Cálculo de aviones - Configuración general de un avión de transporte subsón

(6 opiniones)
Curso gratis creado por Guillem Borrell. Extraido de: http://torroja.dmt.upm.es:9673/Guillem_Site/Varios/ca.html
05 de Noviembre de 2006
Aeronáutica

3 - Configuración general de un avión de transporte subsón

3.1  Introducción

La configuración general de refiere a la geometría general del avión (dimensiones características así como la disposición de una serie de elementos en dicha forma geométrica (disposicoón de la cola, situación del ala y numero y colocación de los motores... Es en esta etapa cuando mayor importancia cobra la creatividad, sin reglas, acrítica, diversa y alternativa. La decisión de cuál de las alternativas del diseño preliminar ha de seleccionarse está a cargo de un subconjunto pequeño de ese grupo creativo. La fase creadora finaliza cuando se congela la configuración.

3.2  Síntesis de la configuración

Además de la formación académica se necesita:
  • Especificaciones iniciales: Provenientes del mercado.Por ello físicamente no existen sino que la oficina de pryectos las elabora estudiando el mercado actual, elaborando previsiones para el futuro y descubriendo futuras necesidades. No tenemos que pensar en la optimización en esta etapa.
  • Requisitos de aeronavegabilidad: Son de absoluto cumplimiento si esperamos que nuestro avión llegue algún día a volar. Es difícil que esto puedan influir negativamente en el diseo conceptual, salvo las longitudes de despegue...
  • Experiencia previa: consiste en la experiencia del equipo en cualquier aspecto, no sólo en el caso del diseño de un avión similar. También de la experiencia de los competidores con un proyecto más avanzado.
  • Tecnologías disponibles o emergentes: Como el diseño de un avión se puede prolongar puede que alguna nueva tecnología pueda estar disponible en el momento de congelar la configuración. Como el mercado es muy competitivo, aviones muy buenos técnicamente puden ser desplazados porque el mercado genera aviones más competitivos.
Hemos de llegar, una vez finalizada la etapa de diseño preliminar, a la conlcusión de que nuestra configuración es suficientemente buena en todas las disciplinas incluyendo:
  • revisión de motores
  • accesos al avión
  • mantenibliidad
  • visibilidad de los plotoes
  • seguridad
  • ...

3.3  Fuselaje

Tiene 4 funciones principales:
  • Alojar la carga de pago en condiciones adecuadas al margen de lo que suceda en el exterior
  • Alojar la tripulación
  • Albergar todos los equipos y sistemas
  • Servir de estructura principal de anclaje del resto de los elementos del avión
Características:
  • Gran esbeltez por razones aerodinámicas
  • secciones transvarsales posibles
    • circular
      • fuselaje estrecho
      • fuselaje ancho
        • un lóbulo
        • dos lóbulos
    • rectangular

3.4  Ala

Está descrita principalmente por su forma en planta:
  • Forma en planta rectangular: Muy utilizada en aviación general. Fácil de construir pero con un mal comportamiento aerodinámico.
  • Forma en planta variable y en flecha: Mejor aerodinámica y comoprtamiento estructural. Más cara y difícil de fabricar.
Situación del ala
  • Ala alta: Necesarias en aeronaves STOL para pistas cortas. Útil en aeronaves de transporte para facilitar la ingroducción de la carga y la maniobravilidad de los vehículos de apoyo.
  • Ala baja: Cabina de pasajeros diáfana. Más común en aviación comercial.

3.5  Planta propulsora

Elección del tipo, si es turbofán, turbohélice, un motor alternativo... La variable decisiva es el M de vuelo.
  • Subsónico bajo→turbofán. Ecuaciones del turbofán:
    dtW=-gcj T
  • Subsónico alto→turbohélice. Ecuaciones del turbohélice:
    TV=ηpPm
    dtW=-gcpPm
Los motores alternativos no suelen utilizarse por el alto conste de mantenimiento. Sin embargo sus ventajas son que consumen gasolina en vez de keroseno y que son motores con gran elasticidad

3.5.1  Selección del número de motores

Viene influida por:
  • Repercusión en la economía del avión. un aumento del número de motores implica una subida del coste e mantenimiento de la planta propulsiva, una mejor solución a los posibles problemas estructurales del ala.
  • Las normas JAR/FAR 25 exigen un gradiente de subida mínimo con fallo crítico de motor.
Gradiente mínimo de subida
Las normas eigen que con un fallo crítico de motor existe un gradiente mínimo de subida en despegue. Dado un ángulo de subida γ...
T=D+γ W
漂R> 缂R> 缂R> 輯FONT>
T
W
 ?> ?> ?> ?NT>
 



2
 =
1
(L/D)2
 +γ2
Justo en el momento de despegar. Descomponemos el empuje entre el empuje proporcionado por los distintos motores y vemos qué tal se comportan con el nuevo factor de carga:
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T
W
 ?> ?> ?> ?NT>
 



TO
 = 漂R> 缂R> 缂R> 輯FONT>
1
(L/D)2
 +γ2 ?> ?> ?> ?NT>
W2
WTO
Ne
Ne-1
1
T1e2/T1eTO

3.5.2  Posición de los motores.

Viene condicionada por el tipo de motor, el tamaño de los motores y el número de motores. La disposición en el avión debe ser siempre simétrica. La disposición sobre el ala variará dependiendo de si el motor es un turbofán o un turbohélice. La selección final del motor depende de Empuje o potencia consumo específico peso del motor precio del motor costes de mantenimiento experiencia previa con el fabricante, plazos de entrega...

3.6  Suficies de cola

Aunque podrían llamarse superficies de control porque el mando canard no es una superficie en la cola. Estas son las configuraciones más comunes
  • en T, condiconeada por la presencia de motores junto al fuselaje. problemas de acoplamiento aeroelástico.
  • cruciforme, útil cuando el motor va bajo el ala. Problemas de acoplamiento aeroelástico.
  • cola baja, directamente unida al fuselaje.
Otras soluciones son la cola en v y la cola en U, siempre condicionados por el diseño.

3.7  Tren de aterrizaje

Fundamentalmente es en triciclo (o con una rueda de morro puede alojarse en el ala o en el fuselaje según la posición de los motores.
  • bajo el ala->trenes más altos
  • adosados al suselaje->retrasan la posición del ala y por tanto del tren
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Guillem Borrell Extraído de: http://torroja.dmt.upm.es:9673/Guillem_Site/Varios/ca.html

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