Introdução ao Projeto de Aeronaves Aula 30 Cargas Atuantes nas Asas, na Empenagem, na Fuselagem e no Trem de Pouso
Tópicos Abordados Cargas Atuantes nas Asas. Cargas na Empenagem. Cargas Atuantes na Fuselagem. Cargas no Trem de Pouso.
Cargas Atuantes em uma Aeronave
Cargas Atuantes na Asa Carregamento estático e dinâmico. Tração no intradorso. Compressão no extradorso. Flexão na estrutura. Torção na Estrutura.
Determinação da Distribuição de Sustentação na Asa Utilizar a aproximação de Schrenk. Definir a distribuição de sustentação ao longo da envergadura da asa. Desenhar os diagramas de esforço cortante e momento fletor. Realizar simulação numérica ou cálculo analítico para o dimensionamento.
Aproximação de Schrenk na Asa Distribuição de sustentação ao longo da envergadura da asa Método de Schrenk 200 Força de sustentação (N/m) 150 100 50 Elíptica Mista Schrenk 0-1,4-1 -0,6-0,2 0,2 0,6 1 1,4 Posição relativa da envergadura (m) L( Y ) M + L( Y ) E L( y) TS = 2
Cargas Atuantes no Aileron As cargas resultantes da deflexão máxima dos ailerons somadas a 66% das cargas de manobra resultarão no carregamento atuante sobre a asa durante uma manobra de rolamento, FAR-PART 23.349. w =, 466 W n S 0 Aileron P = w S
Diagramas de Esforço Cortante e Momento Fletor Desenhar os diagramas de esforço cortante e momento fletor para a semi-envergadura da asa.
Distribuição de Sustentação na Asa
Cargas Atuantes na Empenagem Carregamento estático e dinâmico. Estabilizador vertical cargas de rajada. Leme pressão aerodinâmica. Estabilizador horizontal tração no intradorso, compressão no extradorso, flexão na estrutura.
Cargas de Equilíbrio na Empenagem Horizontal Dependem de alguns parâmetros obtidos nos cálculos de estabilidade e controle da aeronave. As equações apresentadas mostram a determinação da força atuante na empenagem horizontal. Carga de equilíbrio com fator de carga 1 Carga de equilíbrio com fator de carga limite 1 2 C M 0 + ( h h 2 W = ρ v S C HT L = 2 2 V ρ v S HT P 0 1 2 C M 0 + ( h h 2 n W = ρ v S C HT L = 2 2 V ρ v S HT P 0 Acréscimo de cargas devido a manobras P = n W h l c S a S a dε dα S a HT 0HT HT HT 1 ρ 0 HT 2 l W HT g
Carga Total Empenagem Horizontal É obtida através da soma da carga de equilíbrio com a o acréscimo de carga de manobra. Também é possível se obter a carga atuante na empenagem horizontal a partir da aproximação de Schrenk, onde se determina a distribuição de sustentação atuante ao longo a envergadura.
Aproximação de Schrenk na Empenagem Força de sustentação (N/m) Distribuição de sustentação ao longo da envergadura do profundor Método de Schrenk 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Elíptica retangular Schrenk -0,35-0,2-0,05 0,1 0,25 Posição relativa da envergadura (m)
Diagramas de Esforço Cortante e Momento Fletor Desenhar os diagramas de esforço cortante e momento fletor para a semi-envergadura da empenagem.
Cargas de Manobra na Empenagem Vertical A carga média de manobra na empenagem vertical pode ser determinada de acordo com o parágrafo FAR-PART 23.441, da seguinte forma: P = S 0, 534 n VT Lim W S
Diagramas de Esforço Cortante e Momento Fletor Desenhar os diagramas de esforço cortante e momento fletor para a empenagem vertical.
Cargas Atuantes na Fuselagem Representa um ponto bem particular para o projeto AeroDesign, pois cada equipe geralmente possui uma forma geométrica diferente para a fuselagem. Basicamente a fuselagem é dividida em duas partes, a frontal que contempla a frente e o compartimento de carga da aeronave e a posterior que contém o boom e a fixação da empenagem. Geralmente as cargas atuantes na fuselagem são determinadas pelo peso próprio da mesma, por todos os componentes estruturais ligados a fuselagem e pelas cargas transmitidas pelo motor e pelo trem de pouso para a estrutura da fuselagem. A fuselagem pode apresentar cargas combinadas de tração, compressão, cisalhamento, flexão e torção.
Aula 30 Modelo de Análise Estrutural Para a Fuselagem
Cargas Atuantes no Trem de Pouso Carregamento estático no solo. Carregamento dinâmico no pouso. O tipo de esforço depende muito do modelo adotado para o trem de pouso. As cargas podem ser de tração, compressão, cisalhamento, torção ou flexão. Existem componentes de forças verticais e horizontais.
Cargas de Pouso Para as condições de cargas no solo, as considerações são apresentadas no parágrafos FAR-PART 23.479 a FAR-PART 23.499. São avaliados: pouso em três rodas, pouso em duas rodas e o pouso em uma única roda do trem principal.
Determinação das Cargas de Pouso a) O peso da aeronave para o cálculo de cargas de pouso deve ser o peso máximo de decolagem conforme descrito na norma FAR-PART 23. b) A velocidade vertical durante o pouso é determinada pela equação apresentada a seguir. v v = W 0,61 S 0,25
Determinação das Cargas de Pouso c) A sustentação não deve exceder 2/3 de seu valor máximo, FAR-PART 23.473e. d) A altura de queda da aeronave é determinada pela equação apresentada a seguir, FAR-PART 23.473d. h = 0, 0132 e) O fator de carga de inércia não pode ser menor que 2,67 e o fator de carga no solo não pode ser menor que 2, FAR-PART 23.473e. W S
Fator da Carga de Inércia O fator de carga de inércia atuando no centro de gravidade da aeronave pode ser determinado pela equação apresentada a seguir: n = ng + L W
Cargas para Pouso em Três Rodas Componente vertical no trem principal (em cada roda): Aula 30 Componente horizontal no trem principal: Componente horizontal no trem do nariz: Componente vertical no trem do nariz: + = b a h b n W V g M µ 2 M V M H = µ + + = b a h a n W V g N µ N V N H = µ a b
Cargas para Pouso em Duas Rodas Componente vertical no trem principal (em cada roda): V W = 2 M n g Componente horizontal no trem principal: H = µ M V M
Cargas para Pouso em Uma Roda Componente vertical na roda: Componente horizontal na roda: V = W = µ V n g H M
Condições para o Trem do Nariz O parágrafo FAR-PART 23.499b, prevê que para cargas dianteiras, a componente vertical precisa ser de 225% da carga estática e a componente lateral precisa ser de 40% da componente vertical.
Tema da Próxima Aula Introdução ao Estudo do Cálculo Estrutural de Aeronaves.