CONSTRUÇÃO DO UAV-01 OLHARAPO

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1 UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR PROJECTO DE AERONAVES II /2005 CONSTRUÇÃO DO UAV-01 OLHARAPO Descrição do Projecto Parte III

2 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO REQUISITOS Motorização Asas Fuselagem Empenagens Trem de Aterragem Carga Útil Comandos e Sistemas Normas GEOMETRIA Asa Flaperon Empenagem V (fixa e com leme de 30% da corda) Fuselagem Trem Principal Trem do Nariz MOTORIZAÇÃO Motor Hélice MASSAS Massas TAREFAS Componentes Estruturais Asas Empenagem Fuselagem Trem de Aterragem Componentes não estruturais Motor Sistema de recuperação e Comandos Tarefas Individuais Calendário de Trabalhos Cooperação Relatório AVALIAÇÃO BIBLIOGRAFIA FIGURAS Três Vistas Geometria da Asa e Empenagem Geometria da Fuselagem PVG-3692/

3 1. INTRODUÇÃO No seguimento dos trabalhos de projecto conceptual e projecto detalhado realizados nos anos lectivos de 2000/2001 e 2001/2002 sobre o UAV Olharapo pretende-se concluir a sua construção e proceder ao seu ensaio em voo. Terão que ser implementadas algumas alterações estruturais e mecânicas para resolver problemas detectados e melhorar soluções adoptadas. A motorização prevista anteriormente será substituída por um motor eléctrico sem escovas cujo projecto e construção também serão realizados. Esta descrição do projecto apresenta as tarefas necessárias realizar durante o semestre bem como o plano de trabalhos a cumprir. Este projecto requer dedicação e trabalho contínuo para que os prazos sejam cumpridos e resulte um bom avião. 2. REQUISITOS Os requisitos para esta aeronave são apresentados abaixo e durante o decorrer do projecto devem ser respeitados. Alterações nos requisitos serão discutidas e acordadas pelo docente e por todos os elementos envolvidos no projecto Motorização Será projectado um motor eléctrico sem escovas do tipo outrunner que fará uso da geometria e estrutura prevista para o cone de cauda da aeronave. O motor deverá ter uma potência de 550 W com uma tensão de 12 V. O regime máximo deverá ser igual ou superior a 6000 rpm e o hélice deverá ser escolhido de acordo com o desempenho do motor Asas As asas são rectangulares sem enflechamento construída em madeira de pinho e balsa. Existem flaperons em cerca de 75% da emvergadura. A asa é destacável da fuselagem para transporte e arrumação Fuselagem A fuselagem será construída com casca de compósito de fibra-de-vidro/epoxy e cavernas de contraplacado de pinho. O cone de cauda é destacável para permitir remover o motor Empenagens A empenagem é em V, constituída por uma parte fixa e outra móvel. O leme terá cerca de 40% de corda relativa. A estrutura será idêntica à da asa. PVG-3692/

4 2.5. Trem de Aterragem O trem de aterragem é convencional e fixo. As lâminas do trem principal serão em compósito de contraplacado /vibra-de-vidro/epoxy capazes de suportar impactos no solo de 4 g. O trem do nariz terá uma perna em aço e deverá ser direccionável Carga Útil Todos os componentes electrónicos e electricos deverão ser alojados no compartimento da fuselagem reservado para o efeitto de forma a que o CG se localize na posição desejada Comandos e Sistemas Todos os sistemas da aeronave devem ser eléctricos e mecânicos, actuados por servos e/ou micro-servos. Serão usados 2 servos para os flaperons, 2 servos para os lemes de profundidade/direcção e 1 servo para a roda do nariz. A pilotagem é feita por um controlo rádio à distância e um receptor a bordo Normas As normas de projecto a utilizar, no que respeita ao dimensionamento da estrutura, serão as JAR-VLA. Todo o trabalho desenvolvido deve ter como objectivo principal a segurança. 3. GEOMETRIA 3.1. Asa Área 0,625 m 2 Envergadura 2,500 m Alongamento 10,000 Afilamento 1,000 Enflechamento no bordo de ataque 0,000º Enflechamento a 25 % da corda 0,000º Corda na raiz (eixo de simetria) 0,250 m Corda na ponta 0,250 m Corda média aerodinâmica (CMA) 0,250 m Perfil na raiz Selig SG 6042 Espessura relativa na raiz 0,100 Perfil na ponta Selig SG 6042 Espessura relativa na ponta 0,100 Incidência asa/fuselagem 3,000º Diedro 0,000º PVG-3692/

5 Torção geométrica 0,000º Posição de 25 % CMA atrás da origem 0,443 m Posição de 25 % CMA atrás do apex 0,063 m Posição de 25 % CMA acima da linha de referência 0,055 m 3.2. Flaperon Tipo simples com b.a. recto (pode ser melhorado) Área (cada) 0,094 m 2 Corda relativa média 0,200 Corda 0,050 m Deflexão para baixo (aileron) 18,000º Deflexão para cima (aileron) -22,000º Deflexão para baixo (flape) 40,000º Posição lateral da corda interior 0,125 m Posição lateral da corda exterior 1,188 m 3.3. Empenagem V (fixa e com leme de 30% da corda) Área 0,207 m 2 Envergadura 0,965 m Alongamento 4,500 Afilamento 0,600 Enflechamento no bordo de ataque 6,340 º Enflechamento a 25 % da corda 3,180 º Corda na raiz (eixo de simetria) 0,268 m Corda na ponta 0,161 m Corda média geométrica 0,214 m Corda média aerodinâmica 0,219 m Perfil NACA Espessura relativa 0,090 Incidência asa/fuselagem 0,000 º Diedro 36,000 º Torção geométrica 0,000 º Posição de 25 % CMG (corda média geométrica) atrás de 25 % CMA 0,611 m Posição de 25 % CMG acima da linha de referência 0,178 m Deflexão ± 25,000º 3.4. Fuselagem Comprimento total Largura máxima Altura máxima Posição da parede de fogo à frente de 25 % CMA Posição da parede de fogo atrás da origem Posição do eixo do cone de cauda acima da linha de referência 1,250 m 0,150 m 0,150 m -0,023 m 0,465 m 0,030 m PVG-3692/

6 3.5. Trem Principal Tipo uma roda em cada perna fixa suportada na fuselagem Pneu borracha (69 mm x 25 mm) Posição da roda atrás de 25 % CMA 0,134 m Bitola 0,560 m 3.6. Trem do Nariz Tipo Pneu Posição da roda à frente de 25 % CMA uma roda fixa direccionável borracha (48 mm x 20 mm) 0,297 m 4. MOTORIZAÇÃO 4.1. Motor Tipo Potência eléctrico sem escovas tipo outrunner 550 W a 12 V 4.2. Hélice Tipo Diâmetro bipá de passo fixo a definir 5. MASSAS 5.1. Massas Massa máxima na descolagem Massa vazio Carga máxima 6,0 kg 4,5 kg 1,5 kg A tabela abaixo mostra as massas (kg) descriminadas dos componentes do avião. Componente Massa % MTOM Fuselagem 0,63 10,54 Asa 1,40 23,41 Enpenagem em V 0,35 5,85 Trem Principal 0,31 5,18 Trem do Nariz 0,20 3,34 Estrutura 2,89 48,33 PVG-3692/

7 Instalação do Motor 1,26 21,07 Controlos de Voo 0,50 8,36 Sistemas e Equipamento 1,76 29,43 Peso vazio 4,48 74,92 Massa vazio operacional (OEM) 4,48 74,92 Carga 1,00 16,72 Baterias 0,50 8,36 Massa máxima à descolagem (MTOM) 5,98 100,00 6. TAREFAS Existem várias tarefas no projecto de construção que devem ser realizadas segundo o calendário apresentado. Todos estes aspectos dependem uns dos outros, pelo que tem que haver uma inter-relação e actualização entre eles. Cada aluno tem que realizar determinada quantidade de trabalho, como indicado em seguida. O projecto é um processo iterativo em que a perfeição não é possível nem necessária. Os trabalhos serão discutidos em reuniões de projecto regulares onde o progresso será discutido e as tarefas a realizar serão definadas. Os trabalhos de Projecto I do ano lectivo 2001/2002 devem ser consultados Componentes Estruturais Asas 1) Reparação 2) Furação para fixação à fuselagem 3) Eixos de articulação dos flaperons 4) Elementos de comando 5) Instalação dos servos 6) Revestimento de acabamento 7) Pesagem e comparação com os requisitos 8) Montagem na fuselagem 9) Desenhos 10) Relatório Empenagem 1) Fabricação da nervuras 2) Fabricação das longarinas 3) Fabricação do revestimento 4) Montagem 5) Furação para fixação à fuselagem 6) Eixos de articulação dos lemes 7) Elementos de comando 8) Instalaçãp dos servos PVG-3692/

8 9) Revestimento de acabamento 10) Pesagem e comparação com os requisitos 11) Montagem na fuselagem 12) Desenhos 13) Relatório Fuselagem 1) Acabamento do modelo 2) Fabricação do molde 3) Fabricação das cascas 4) Fabricação das cavernas 5) Furação para asas, empenagens, trens de aterragem e cone de cauda 6) Montagem e acabamentos 7) Pesagem e comparação com os requisitos 8) Montagem 9) Desenhos 10) Relatório Trem de Aterragem 1) Fabricação do molde da perna principal 2) Laminação da perna principal 3) Furação para fixação à fuselagem 4) Furação para rodas 5) Fabricação/aquisição da perna do nariz 6) Fixação das rodas 7) Elementos de comando 8) Instalação do servo 9) Pesagem e comparação com os requisitos 10) Montagem na fuselagem 11) Desenhos 12) Relatório 6.2. Componentes não estruturais Motor 1) Projecto do motor 2) Fabricação do motor 3) Ensaio do motor 4) Escolha do hélice 5) Adaptação e instalação do hélice 6) Pesagem e comparação com os requisitos 7) Elementos de comando 8) Montagem na fuselagem PVG-3692/

9 9) Desenhos 10) Relatório Sistema de recuperação e Comandos 1) Projecto do sistema de recuperação (pára-quedas) 2) Fabricação do sistema de recuperação 3) Adaptação à fuselagem 4) Elementos de comando 5) Pesagem e comparação com os requisitos 6) Montagem na fuselagem 7) Desenhos 8) Relatório 6.3. Tarefas Individuais A tabela seguinte mostra as tarefas individuais que deverão ser escolhidas na primeira semana do semestre. Tarefa Responsável Nº Tel. 00 Coordenação Pedro Gamboa Asas 02 Empenagem 03 Fuselagem 04 Trem de Aterragem 05 Motor 06 Sistema de Recuperação e Comandos 6.4. Calendário de Trabalhos O quadro abaixo apresenta o calendário de tarefas do projecto que deverá, na medida do possível, ser cumprido. Mês Fev. Março Abril Maio Junho Julho Tarefa \ Semana A. Teóricas/Reunião Asas Empenagens Fuselagem Trem de Aterragem Motor Sistema Recuperação Montagem Ensaio Relatório Legenda: Aulas teóricas Trabalho a desenvolver durante o semestre Semanas sem aulas PVG-3692/

10 6.5. Cooperação Todos os trabalhos serão de carácter individual. Cada elemento deverá planear o seu trabalho considerando as várias tarefas necessárias realizar e deverá proporcionar a outros elementos toda a informação e ajuda necessárias, para que todo o projecto seja coerente. Este projecto requer bastante trabalho para ser terminado dentro do prazo Relatório Cada aluno deverá redigir um relatório onde incluirá todos os passos relevantes no projecto do seu componente, incluindo decisões tomadas, descrição do trabalho, esboços, cálculos, desenhos e fotografias. O relatório deverá ser entregue até ao dia do exame, dia 30 de Junho de AVALIAÇÃO A avaliação será baseada no trabalho ralizado ao longo do semestre e no relatório final, onde será colocado grande ênfase no trabalho de equipa e nas decisões tomadas com vista à conclusão da construção do Olharapo. A admissão a Exame (classificação de frequência ) requer a participação nos trabalhos do projecto e a conclusão da tarefa atribuída. A nota final é E=0,6F+0,4R e a aprovação é com E>10. Cada momento de avaliação é resumido abaixo. 1. Frequência (F) Freq F Trabalho do semestre Exame de Época Normal (E=0,5F+0,5R1) 100 R1 Relatório Exame de Época de Recurso (E=0, 5F+0,5R2) 100 R2 Relatório Exame de Época Especial (E=0,5F+0,5R3) 100 R3 Relatório BIBLIOGRAFIA Abaixo estão listados alguns livros que podem ser consultados para a realização deste projecto. Os relatórios de projecto de anos anteriores também podem ser consultados mas tendo em atenção que a informação neles contida pode estar incorrecta. Alguma informação pode ser encontrada na internet. 01. Abbot & Doenhoff, Theory of Wing Sections, Dover Publications Inc, AIAA Aerospace Design Engineers Guide 3rd edition, AIAA, 1993 PVG-3692/

11 03. Barnes W. McCormick, Aerodynamics Aeronautics and Flight Mechanics 2nd edition, John Wiley & Sons Inc, Bent McKinley, Aircraft Powerplants 4th edition, McGraw-Hill, Bill Clarke, The Cessna 172 2nd edition, Tab Books, Bruce K. Donaldson, Analysis of Aircraft Structures An Introduction, McGraw-Hill, Cláudio Barros, Introdução ao Projecto de Aeronaves Volume 1 & 2, CEA/UFMG, Comprehensive Reference Guide to Airfoil Sections for Light Aircraft, Aviation Publications, Daniel P. Raymer, Aircraft Design: A Conceptual Approach, AIAA Education Series, Darrol Stinton, Flying Qualities and Flight Testing of the Airplane, AIAA Education Series, Darrol Stinton, The Design of the Aeroplane, Blackwell Science, David A. Lombardo, Aircraft Systems Understanding Your Airplane, Tab Books, David J. Peery, J. J. Azar, Aircraft Structures 2nd edition, McGraw-Hill Inc, Egbert Torenbeek, Synthesis of Subsonic Airplane Design, Delft University Press, E. H. J. Pallet, Aircraft Instruments & Integrated Systems, Longman Scientific & Technical, E. H. J. Pallet, Los Sistemas Eléctricos en Aviación, Paraninfo, Geoff Jones, Building and Flying Your Own Plane, Patrick Stephens Limited, Homebuilt Aircraft Sourcebook 5th edition, AeroCrafter, Ian Moir & Allan Seabridge, Aircraft Systems, Longman Scientific & Technical, Jane s All the World Aircraft, Jan Roskam, Airplane Design Volumes I to VIII, The University of Kansas, Jan Roskam, Chuan-Taw Edward Lan, Airplane Aerodynamics and Performance, DARcorporatioon, JAR-23, Joint Aviation Requirements for Normal, Utility, Aerobatic and Commuter Category Aeroplanes, JAR-VLA, Joint Aviation Requirements for Very Light Aeroplanes, John Cutler, Estructuras del Avión, Paraninfo, Krisham K. Chawla, Composite Materials 2nd edition, Springer, Ladislao Pazmany, Landing Gear Design for Light Aircraft Volumes I & II, Pazmany Aircraft Corporation, Ladislao Pazmany, Light Airplane Design, Pazmany Aircraft Corporation 29. Martín Cuesta Alvarez, Vuelo con Motor Alternativo, Paraninfo, Michael C. Y. Niu, Airframe Structural Design, Conmilit Press Ltd., Michael J. Kroes & Thomas W. Wild, Aircraft Powerplants 7th edition, McGraw-Hill, Michael J. Kroes & William A. Watkins & Frank Delp, Aircraft Maintenance & Repair 6th edition, Macmillan/McGraw-Hill, Robert C. Nelson, Flight Stability and Automatic Control, McGraw-Hill, Robert M. Rivello, Theory and Analysis of Flight Structures, McGraw-Hill, S. Hoerner, Fluid Dynamic Drag, Hoerner Fluid Dynamics, S. Hoerner, Fluid Dynamic Lift, Hoerner Fluid Dynamics 37. S. Laroze & J.-J. Barrau, Mécanique des Strucutures Tome 1, Masson, S. Laroze, Mécanique des Structures Tome 2 Poutres, Eyrolles Masson, S. Laroze, Mécanique des Structures Tome 3 Thermique des Structures & Dynamique des Structures 2ème edition, Masson,1992 PVG-3692/

12 40. S. Laroze, Mécanique des Structures Tome 4 Calcul des Structures en Matérieux Composites, Eyrolles Masson, Stelio Frati, L Aliante, Editore Ulrico Hoepli, Milano, Stephen P. Timoshenko, James M. Gere, Theory of Elastic Stability 2nd edition, McGraw-Hill International Editions, Ted L. Lomax, Structural Loads Analysis for Commercial Transport Aircraft Theory and Practice, AIAA Education Series, The Metals Black Book Volume 1 Ferrous Metals, Casti Publishing Inc, The Metals Red Book Volume 2 Nonferrous Metals, Casti Publishing Inc, T. H. G. Megson, Aircraft Structures for Engineering Students 2nd edition, Edward Arnold, Tony Bingelis, Firewall Forward Engine Installation Methods, EAA Aviation Foundation, Tony Bingelis, Sportplane Construction Techniques A Builder s Handbook, EAA Aviation Foundation, Tony Bingelis, The Sportplane Builder Aircraft Construction Methods, EAA Aviation Foundation, W. A. Lees, Adhesives and the Engineer, Mechanical Engineering Publications Limited, Y. C. Fong, An Introduction to the Theory of Aeroelasticity, Dover Publications Inc, FIGURAS PVG-3692/

13 9.1. Três Vistas PVG-3692/

14 9.2. Geometria da Asa e Empenagem PVG-3692/

15 9.3. Geometria da Fuselagem PVG-3692/

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