Projecto de Aeronaves I - 7637-2010 Pedro V. Gamboa Peso e centragem (1) A determinação do peso da aeronave e o posicionamento correcto do centro de gravidade são de extrema importância para a viabilidade do projecto As actividades de peso e centragem devem acompanhar de perto o desenrolar do projecto por forma a que as soluções adoptadas mantenham o peso dentro dos limites desejados Por outro lado a posição e passeio do CG deve ser tal que a aeronave seja estável e controlável no seu envelope de voo 2
Peso e centragem (2) No projecto conceptual são usados métodos estatísticos para determinar os pesos dos vários componentes da aeronave; À medida que a estrutura e os sistemas são definidos os pesos podem ser calculados ou medidos com maior precisão. 3 Grupos de peso Grupo das Estruturas Grupo dos Sistemas Grupo da Carga Útil - Asa - Controlos de voo - Tripulação - Cauda - APU - Combustível E.H./canard - Instrumentos usável E.V. - Hidráulicos retido ventral - Pneumáticos - Óleo - Corpo (fuselagem) - Eléctricos - Passageiros - Trem de aterragem - Aviónicos - Carga/bagagem principal - Armamento - Canhões auxiliar - Interiores - Munições paragem - Ar condicionado - Cabides catapulta - Anti-gelo - Armas alijáveis - Secção da nacela/motor - Fotografia - Flares/chaff - Sistema de admissão de ar - Manuseamento de carga Grupo da Propulsão - Motor instalado - Redutor e transmissão Peso Vazio Total Peso de Descolagem - Sistema de escape - Sistema de arrefecimento - Peso em voo - Controlos do motor - Peso de aterragem - Sistema de arranque - Sist. de comb./tanques 4
Estimativa do peso (1) Método Aproximado: Para outras categorias de aeronaves esta informação tem que ser derivada da tabela comparativa. 5 Estimativa do peso (2) Método estatístico: São usadas equações que têm em conta a geometria e dimensão dos componentes estruturais, os materiais, o factor de carga e o peso máximo da aeronave; Normalmente cada gabinete de projecto usa os seus próprios métodos, de acordo com a sua experiência. Também é comum usar várias referências para obter o peso dos vários componentes e usar a média no projecto. 6
Estimativa do peso (3) Pesagem: Com base numa aeronave existente com estrutura semelhante pode derivar-se uma representação da massa que depende dos parâmetros que definem o componte em questão; No projecto detalhado a estrutura e os sistemas são definidos até ao mais pequeno pormenor pelo que os volumes dos componentes e os materiais usados são conhecidos. As massas dos componentes podem ser obtidas dos desenhos de produção; No final, já com os componentes fabricados e o equipamento adquirido pode proceder-se à pesagem e obter o peso definitivo. 7 Modelo de peso (1) O objectivo do modelo de peso é relacionar a peso dos componentes principais com os parâmetros de projecto; Nesta fase faz sentido usar uma representação simples do peso dos componentes da aeronave. 8
Modelo de peso (2) Os principais dados necessários para este modelo são: carga, peso da carga útil [N]; energia, peso de combustível/baterias [N]; c a, corda da asa [m]; b a, envergadura da asa [m];, peso vazio de referência [N]; c aref, corda da asa de referência [m]; b aref, envergadura da asa de referência [m]. 9 Modelo de peso (3) Expoentes de variação do peso: k b, expoente para a correcção deviso à envergadura da asa; k c, expoente para a correcção devido à corda da asa. 10
Modelo de peso (4) A representação do peso em função da envergadura e da corda da asa é: = c arg a + energia + sistemas + b b Os expoentes são determinados experimentalmente ou com base em aeronaves semelhantes. a aref k c c b k c a aref 11 Modelo de peso (5) Outra representação do peso em função da envergadura e da corda da asa pode ser: = c arg a + energia + sistemas + + Δ + Δ + Δ a h v = c arg a + energia + sistemas + a h + v + + + aref 1 href 1 vref 1 aref href vref Este modelo assume que os coeficientes de volume de cauda se mantêm constantes após a mudança das dimensões da asa. 12
Modelo de peso (6) 13 Os incrementos do peso são dados por: Incremento do peso da asa: 1.358 0.158 0.49 ba ca n Δ a = Ka 1 baref caref nrefref Incremento do peso da empenagem horizontal: 0.896 1.794 0.414 ba ca n Δ h = Kh 1 baref caref nrefref Incremento do peso da empenagem vertical: 1.747 0.873 0.376 ba ca n Δ v = Kv 1 baref caref nrefref Modelo de peso (7) onde: K a = aref K h = href K v = vref 14 Convém reparar que os incrementos dependem do peso final e, por isso, este método é iterativo; Os valores de K a, K h e K v são obtidos de aeronaves com características idênticas, com base em ensaios ou com alguma análise; Os expoentes podem ser adaptados para o projecto em questão (Raymer).
Modelo de peso (8) Métodos mais precisos podem ser usados para estimar o peso da asa: Modelo com mais parâmetros que influenciam o peso; Modelo estrutural que com base na configuração estrutural, nos materiais, nas tensões aplicadas e nas tensões admissíveis determina o peso da asa. 15 Modelo de peso (9) 16
Exemplo de implementação Modelo 1 Modelo 2 dados dados vazio vazio Δ a, Δ h, Δ v = estimado? não estimado sim 17 Tabela do CG O objectivo da tabela do CG é distribuir os componentes do avião por forma a que o CG fique numa posição desejável 18
Determinação da Posição do CG Escolhem-se eixos de referência x e z: item designação peso braço x momento x braço z momento z 1 parte 1 1 x 1 1 x 1 z 1 1 z 1 2 parte 2 2 x 2 2x 2 z 2 2z 2 3 parte 3 3 x 3 3 x 3 z 3 3 z 3 Σ i Σ i x i Σ i z i x CG i xi = e zcg = i i zi i 19 Passeio do CG 20
Estabilidade e controlo 21