PRJ-30 Aula 3 CA, CG e Trem de Pouso

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1 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA AEROESPACIAL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AERONÁUTICA DIVISÃO DE ENGENHARIA AERONÁUTICA DEPARTAMENTO DE PROJETOS PRJ-30 Aula 3 CA, CG e Trem de Pouso 10 de março de 2014 Prof. Roberto da Motta Girardi 1º Ten. Ney Rafael Sêcco Prof. Adson Agrico ================================================================= 1. INTRODUÇÃO Nessa atividade, vamos dimensionar as superfícies de controle e fazer a iteração entre CA, CG e trem de pouso. 2. SUPERFÍCIES DE CONTROLE Determinem a fração de cordas e a fração da envergadura da asa ocupada pelos ailerons usando o gráfico da Figura 1. Em seguida, determine as frações de corda do profundor e do leme. Lembre-se de que a fração de corda nas superfícies de controle deve ser constante ao longo de toda a envergadura. Por fim, preencha os valores abaio: Corda da raiz de cada aileron:. Corda da ponta de cada aileron:. Envergadura de cada aileron:. Corda da raiz do profundor:. Corda da ponta do profundor:. Envergadura do profundor:. Corda da raiz do leme:. Corda da ponta do leme:. 1

2 Figura 1. Dimensionamento de ailerons. (Raymer, 1992). 3. Iteração CA-CG-TDP Antes de iniciar a iteração que irá determinar a posição do centro aerodinâmico (CA), a posição do centro de gravidade (CG) e a posição do trem de pouso (TDP), devemos coletar alguns dados preliminares. 3.1 Informações preliminares O ângulo de estol da aeronave deve ser coletado com base nos resultados fornecidos pelo programa denominado programa.m. Ao eecutar o programa para a forma em planta selecionada, ele fornecerá a velocidade de estol da aeronave (ver Figura 2). Com base nas outras informações da aeronave, podemos determinar o máimo coeficiente de sustentação (C Lma ), por meio da relação: C 2W = ρv S L ma 2 s Onde W é o peso total da aeronave (em Newtons), ρ é a densidade do ar (1,1 kg/m³), v s é a velocidade de estol fornecida pelo programa (em m/s) e S é a área de asa (em m²). Depois de calcular o C Lma, você pode obter o ângulo de estol usando o gráfico C L α dado pelo programa em uma janela a parte. Basta anotar o ângulo de ataque que corresponda ao valor de C Lma (ver Figura 3). O mesmo procedimento deve ser feito para determinar o ângulo de corrida da aeronave. Primeiro, anota-se o CL de corrida dado pelo programa (ver Figura 2). Em seguida, usa-se a curva de sustentação para anotar o ângulo de ataque correspondente (Figura 3). 2

3 Figura 2. Localização da velocidade de estol e do C L de corrida na interface do programa. Figura 3. Determinação do ângulo de estol e ângulo de corrida em pista a partir do valor do máimo coeficiente de sustentação usando a saída do programa. 3

4 3.2 Iteração Agora será possível começar a iteração propriamente dita. Siga os passos adequadamente. A divisão de alunos está sugerida para cada passo. PASSO 1: Cálculo do centro aerodinâmico (Aluno A) Primeiramente, deve-se abrir o programa caero.m, que está na mesma pasta do programa programa.m. Uma janela deverá abrir. Preencha os valores requeridos na tabela. Não é preciso se preocupar apenas com o último valor requerido (Posição do CG (%CMA)), pois ele não afetará a posição do CA. Deie o valor padrão por enquanto (25%). Em seguida eecute o programa e anote o valor da posição do centro aerodinâmico fornecida pelo programa (Posição do centro aerodinâmico (%CMA)). PASSO 2: Cálculo da posição desejada do centro de gravidade (Aluno B) Uma vez que a posição do CA é conhecida, pode-se usar o conceito de margem estática para determinar a posição do CG: ca cg, des = cma SM cma Onde cma é a corda média aerodinâmica, SM é a margem estática desejada (que deve estar entre 15% e 20%) e a fração ca é a posição do centro aerodinâmico, em cma fração da corda média aerodinâmica, obtida no passo 1. Como o programa dá a posição do CA em relação ao bordo de ataque da corda média aerodinâmica, a posição do CG (, ) estará também em relação ao bordo de ataque da corda média aerodinâmica. Deve-se deiar registradas duas posições de CG desejado ( cg, des cg des ). Uma considerando o menor valor possível de margem estática e outra considerando o maior valor possível de margem estática. PASSO 3: Determinação da posição do trem de pouso (Aluno C) Deve-se abrir e eecutar o programa principal_tdp.m fornecido pelo Professor. Uma janela será aberta. Preencha os dados requeridos. Use as posições de CG estimadas no Passo 2. Em seguida, eecute o programa e anote as posições longitudinais de trem de pouso fornecidas pelo programa. Lembre-se que essas posições são em relação ao bordo de ataque da corda média aerodinâmica da asa. PASSO 4: Determinação do centro de gravidade (Aluno D) Em primeiro lugar, deve-se abrir o arquivo planilhacg.ls. O aluno deve preencher atentamente todos os itens amarelos da planilha. Lembre-se de usar os dados de CA e trem de pouso dos passos anteriores. A planilha fornecerá as posições de CG reais da aeronave. Deve-se anotar a posição do CG mais traseiro (que será denominada, ). cg real 4

5 PASSO 5: Mudanças de configuração (Todos) Deve-se comparar a posição do CG desejado ( posição do CG real da aeronave ( cg, real cg, des, obtida no Passo 2) com a, obtida no Passo 4). Caso esses valores estejam muito discrepantes (mais de 1% da corda média aerodinâmica), será preciso alterar a posição dos componentes da aeronave e retornar ao Passo 1. As alterações de configuração podem envolver tanto mudanças do CG quanto mudanças do CA. Pode-se alterar a posição da fuselagem em relação à asa, alterar a posição das empenagens, ou até mudar a localização dos eletrônicos da aeronave. ATENÇÃO: É importante lembrar que o coeficiente de volume de cauda não pode ser diminuído, e que a fuselagem deve ser longa o suficiente para que as empenagens sejam fiadas. Um aluno deve ser responsável por controlar a configuração, ou seja, ter em mãos todos os dados da aeronave e certificar-se de que os demais componentes estão trabalhando com os mesmos dados atualizados. Caso a diferença entre os CGs seja pequena (menos que 1% da corda média aerodinâmica), pode-se prosseguir para o Passo 6. PASSO 6: Verificação da margem estática (Aluno A) Deve-se eecutar o programa caero.m (o mesmo do Passo 1) com as informações atualizadas, inclusive em relação à posição do CG (Posição do CG (%CMA)). Considere o CG mais traseiro nesse caso. Eecute o programa e verifique se a margem estática está dentro dos valores adequados. PASSO 7: Congelamento da configuração (Todos) A configuração está finalizada. Devem-se anotar as posições relativas entre todos os componentes para facilitar as etapas futuras de projeto e evitar perda de informações. Figura 4. Iteração de maneira ilustrada. 5

6 4. REFERÊNCIAS 1. RAYMER, D. P. Aircraft Design: A Conceptual Approach. AIAA Education Series. Washington, USA BOM PROJETO! VAMOS FAZER AS CONTA TUDO! 6