Mecánica de vuelo
13- FEB -2013 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA “UNIDAD TICOMAN”
“CALCULO DE LOS RENDIMIENTOS Y ACTUADORES DE UN AVIÓN
MONOMOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA CON HÉLICE PROYECTO 6AV2-E 8 ”
PROFESOR: ING. CORREA ARREDONDO JOSE ARTURO “MECÁNICA DE VUELO ”
ALUMNOS:
ALCALÁ MURGUÍA OMAR ÁVILA GARCÍA IVÁN BAUTISTA GUERRERO EDGAR ANDRÉS MAGALLAN HERNÁNDEZ OCTAVIO MOLINA FUENTES LUIS FELIPE
GRUPO: 6AV2
TURNO: VESPERTINO 1
Mecánica de vuelo
Introducción En el concepto actual, los aviones son concebidos para tareas definidas, lo que permite realizar una clasificación que los divide en dos grupos fundamentales: los aviones para uso civil por un lado, y los aviones para uso militar por otro. En el grupo de los aviones para uso civil se encuentran los aviones de turismo, entrenamiento, escuela, transporte de pasajeros, transporte de carga, sanitarios, fumigación, fotográficos, etc. Cada una de estas divisiones tiene caracteres bien definidos. Un avión escuela se caracteriza por su robustez, la reducida potencia de sus motores, las bajas velocidades de vuelo, aterrizaje y despegue, la acción lenta de los comandos que le permiten absorber los errores del alumno piloto, el reducido 2 instrumental y su baja carga alar, entre 30 y 40 kg. por m . Un avión de entrenamiento es una aeronave más evolucionada y cuenta con una planta motriz de mayor potencia, comandos más sensibles, mayor carga alar, instrumental más completo, ya que el piloto debe efectuar en él su entrenamiento de vuelo por instrumentos. Este avión puede ser monoplaza ya que no necesariamente debe ir el instructor como el caso del avión escuela. En el avión de entrenamiento avanzado, ya se puede incursionar en el campo de los dos motores, el tren retráctil, hélices de paso variable y todos los adminículos que permiten al piloto concluir su entrenamiento. Los aviones de turismo por ser concebidos como su nombre lo indica, para turismo, deben ser en consecuencia máquinas confortables, tener cierta capacidad para el despegue y aterrizaje en pistas no muy preparadas, su mantenimiento y consumo no debe ser demasiado generoso para sus dueños, el pilotaje debe ser sencillo y su costo accesible. Los aviones de transporte de pasajeros de corto o largo alcance deben ser máquinas que se caractericen sobre todo, por su gran confiabilidad para brindar así al pasajero la tranquilidad apoyada en la certeza de un vuelo seguro. El confort, el bajo nivel de ruido, los dispositivos de seguridad y los servicios al pasajero, son también estimables. La economía de explotación es de gran i mportancia, ya que toda empresa buscará una aeronave que cuente entre sus cualidades con un fácil y económico mantenimiento, como así también, un bajo consumo por hora de vuelo. Otra división que vamos a tener en cuenta en los aviones livianos, es la de los aviones realizados por aficionados o homebuilt aircraft (aviones amateurs). En este trabajo se calculara los rendimientos de un motor para turismo, que pueda trasportar a 4 personas, el cual usara un turbohélice, ala alta y tren de aterrizaje no retráctil. Calcularemos su potencia, viraje, velocidad de despegue, aterrizaje, techo de servicio, autonomía, etc.
2
Mecánica de vuelo
Objetivo En este trabajo se realizara un estudio comparativo de aviones similares y ficha técnica del avión propuesto (en este caso será un avión tripulado con proposito de viajes turísticos) con el fin de analizaran las mejores condiciones para su diseño .
Glosario RSC
Recubrimiento superficial de pista
(decimas de pulgada)
Velocidad critica de fallo de motor
(nudos)
Velocidad de despegue (nudos)
Velocidad critica de fallo de motor
(nudos)
Velocidad de hidroplaneo
Velocidad máxima de frenado
Velocidad mínima de control de vuelo Símbolos ingleses
Velocidad mínima de control en tierra
F
Fricción de rodadura (lb)
Velocidad de aborto de despegue
Fuerza neta de aceleración (lb)
Velocidad del viento
Fuerza neta retardadora (lb)
Símbolos griegos
N
Fuerza normal (lb)
γ
Angulo de planeo (grados)
P
Presión de inflado de neumáticos (psi)
μ
Coeficiente de fricció
RCR
Número indicativo de estado de pista 3
MECANICA DE VUELO
DESARROLLO CONDICIONES PRELIMINARES PROPOSITO: se realizara un estudio comparativo de aviones similares (en este caso será un
avión tripulado con propósito de viajes turísticos) con el fin de analizaran las mejores condiciones para su diseño. Comparativo de aviones similares
Cessna T-210L Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 5 Longitud (m) 8.59 Envergadura (m) 12.12 Altura (m) 2.95 2
Superficie alar (m ) 16.82
Peso vacio (kg) 1089 Peso máximo de despegue (Kg) 1814 Potencia (Hp) 310 Velocidad máxima operativa (Km/hr) 378 Velocidad de crucero (Km/h) 358 Velocidad de desplome (Km/h) 108 Autonomía 1.455 Techo de servicio (m) 8230 Techo absoluto (m) 10500 Régimen de ascenso (m/s) 470 Capacidad de combustible (l ) 340
ING. EN AERONAUTICA
Pág 4
MECANICA DE VUELO
Diámetro de la hélice 2.03
Cirrus SR22-G3 GTS
Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 4 Longitud (m) 7.92 Envergadura (m) 11.68 Altura (m) 2.72 Superficie alar () 14.5 Peso vacio (Kg) 1009 Peso máximo de despegue (kg) 1542 Potencia (hp) 310 Velocidad máxima operativa (km/hr) 360 Velocidad de crucero (km/h) 343 Velocidad de desplome 115 Autonomía 2.563 Techo de servicio (m) 7620 Techo Absoluto (m) 9600 Régimen de ascenso (m/s) 410 Capacidad de combustible (l) 360 Diámetro de la hélice (m) 2.37
ING. EN AERONAUTICA
Pág 5
MECANICA DE VUELO
Beechcraft P35 Bonanza
Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 4 Longitud (m) 7.67 Envergadura (m) 10.01 Altura (m) 2.31 2
Superficie alar (m ) 16.5 Peso vacio (Kg) 760 Peso máximo de despegue (Kg) 1236 Potencia (Hp) 280 Velocidad máxima operativa (Km/Hr) 306 Velocidad de crucero (Km/Hr) 360 Velocidad de desplome (Km/Hr) 101 Autonomía 3.2 Techo de servicio (m) 20000 Techo absoluto (m) 23000 Régimen de ascenso (m/s) 560 Capacidad de combustible (l) 485 Diámetro de la hélice (m) 1.98
ING. EN AERONAUTICA
Pág 6
MECANICA DE VUELO
Eads/Socata TB-21 GT Trinidad
Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 4 Longitud (m) 7.75 Envergadura (m) 9.97 Altura (m) 2.85 2
Superficie alar (m ) 11.9 Peso vacio (Kg) 911 Peso máximo de despegue (Kg) 1400 Potencia (Hp) 250 Velocidad máxima operativa (Km/Hr) 370 Velocidad de crucero (Km/Hr) 346 Velocidad de desplome (Km/Hr) 100 Autonomía 1.184 Techo de servicio (m) 7620 Techo absoluto (m) 10800 Régimen de ascenso (m/min) 345 Capacidad de combustible (l) 340 Diámetro de la hélice (m) 2.03
ING. EN AERONAUTICA
Pág 7
MECANICA DE VUELO
Mooney M20 OVATION 2 GX Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 4 Longitud (m) 8.15 Envergadura (m) 11.1 Altura (m) 2.5 2
Superficie alar (m ) 16.3 Peso vacio (Kg) 1074 Peso máximo de despegue (Kg) 1528 Potencia (Hp) 300 Velocidad máxima operativa (Km/Hr) 448 Velocidad de crucero (Km/Hr) 438 Velocidad de desplome (Km/Hr) 103 Autonomía 1.445 Techo de servicio (m) 7625 Techo absoluto (m) 9300 Régimen de ascenso (m/min) 378 Capacidad de combustible (l) 420 Diámetro de la hélice (m) 1.85
ING. EN AERONAUTICA
Pág 8
MECANICA DE VUELO
Piper PA-25 Pawnee Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 1 Longitud (m) 7.6 Envergadura (m) 11.02 Altura (m) 2.19 2
Superficie alar (m ) 17 Peso vacio (Kg) 662 Peso máximo de despegue (Kg) 1317 Potencia (Hp) 260 Velocidad máxima operativa (Km/Hr) 188 Velocidad de crucero (Km/Hr) 170 Velocidad de desplome (Km/Hr) 130 Autonomía 4.35 Techo de servicio (m) 3962.4 Techo absoluto (m) 7800 Régimen de ascenso (m/min) 192.02 Capacidad de combustible (l) 568 Diámetro de la hélice (m) 2.54
ING. EN AERONAUTICA
Pág 9
MECANICA DE VUELO
EMBRAER EMB-20 1A IPANEMA Capacidad de pasajeros 1 Longitud (m) 7.43 Envergadura (m) 11.69 Altura (m) 2.22 Superficie alar (m^2) 19.94 Peso vacío (kg) 1011 Peso máximo de despegue(kg) 1550 Potencia (hp) 300 Velocidad máxima operativa (km/hr) 225 Velocidad de crucero (km/hr) 204 Velocidad de desplome (km/hr) 115
Autonomía 4.29 Techo de servicio(m) 3470 Techo absoluto (m) 6800 Régimen de ascenso (m/min) 155 Capacidad de combustible(l) 210 Diámetro de la hélice (m) 2.25
ING. EN AERONAUTICA
Pág 10
MECANICA DE VUELO
Cessna 206 h Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 6 Longitud (m) 8.61 Envergadura (m) 10.97 Altura (m) 2.83 2
2
Superficie alar (m ) 16.30 m Peso vacio (Kg) 987
Peso máximo de despegue (Kg) 1632 Potencia (Hp) 300 Velocidad máxima operativa (Km/Hr) 280 km/h Velocidad de crucero (Km/Hr) 263 km/h Velocidad de desplome (Km/Hr) 100 km/h Autonomía 2.352 km Techo de servicio (m) 7 785 Techo absoluto (m) 11300
Régimen de ascenso (m/min) 215 m/s Capacidad de combustible (l) 460 Diámetro de la hélice (m) 2.1
ING. EN AERONAUTICA
Pág 11
MECANICA DE VUELO
LANCAIR IVP Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 3 Longitud (m) 7.92 Envergadura (m) 9.93 Altura (m) 2.44 2
Superficie alar (m ) 9.1 Peso vacio (kg) 907 Peso máximo de despegue(kg) 1610 Potencia (hp) 350 Velocidad máxima operativa (km/hr) 507 Velocidad de crucero (km/hr) 595 Velocidad de desplome (km/hr) 120 Autonomía 2.158 Techo de servicio (m) 8840 Techo absoluto (m) 12300 Régimen de ascenso (m/min) 1850 Capacidad de combustible(l) 416 Diámetro de la hélice (m) 1.93
ING. EN AERONAUTICA
Pág 12
MECANICA DE VUELO
Piper PA-24 Comanche
Capacidad de tripulantes y/o pasajeros 4 Longitud (m) 7.62 Envergadura (m) 10.97 Altura (m) 2.29 2
Superficie alar (m ) 16.5 Peso vacio (Kg) 804 Peso máximo de despegue (Kg) 1451 Potencia (Hp) 260 Velocidad máxima operativa (Km/Hr) 245 Velocidad de crucero (Km/Hr) 298 Velocidad de desplome (Km/Hr) 115 Autonomía 2.398 Techo de servicio (m) 5945 Techo absoluto (m) 8600 Régimen de ascenso (m/min) 670 m/s Capacidad de combustible (l) 230 Diámetro de la hélice (m) 2.16
ING. EN AERONAUTICA
Pág 13
MECANICA DE VUELO
CONDICIONES PRELIMINARES
AVION
PAX
Longitud (m)
Envergadura (m)
Altura (m)
Superficie alar (m 2)
Cessna T-210L
5
8.59
12.12
2.95
16.82
Cirrus SR22-G3 GTS
4
7.92
11.68
2.72
14.5
Beechcraft P35 Bonanza
4
7.67
10.01
2.31
16.5
Eads/Socata TB-21 GT Trinidad
4
7.75
9.97
2.85
11.9
Mooney M20 OVATION 2 GX
4
8.15
11.1
2.5
16.3
Piper PA-25 Pawnee EMBRAER EMB-20 1A IPANEMA
1
7.6
11.02
2.19
17
1
7.43
11.69
2.22
19.94
Cessna 206 h LANCAIR IVP
6
8.61
10.97
2.83
1630
3
7.92
9.93
2.44
9.1
Piper PA-24 Comanche
4
7.62
10.97
2.29
16.5
Peso vacio (kg)
Peso máximo de despegue
Potencia (Hp)
Velocidad máxima operativa (Km/hr)
1089
1814
310
378
1009
1542
310
360
760
1236
280
306
911
1400
250
370
1074
1528
300
448
662
1317
260
188
1011
1550
300
225
987
1632
300
280
907
1610
350
507
804
1451
260
245
ING. EN AERONAUTICA
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MECANICA DE VUELO
Velocidad de crucero (Km/h)
Velocidad de desplome (Km/h)
Autonomía
Techo de servicio (m)
358
108
1.455
8230
343
115
2.563
7620
360
101
3.2
20000
346
100
1.184
7620
438
103
1.445
7625
170
130
4.35
3962.4
204
115
4.29
3470
263
100
2.352
7785
595
120
2.158
8840
298
115
2.398
5945
Techo absoluto (m)
Régimen de ascenso (m/s)
Capacidad de combustible (l)
Diámetro de la hélice
10500
470
340
2.03
9600
410
360
2.37
23000
560
485
1.98
10800
345
340
2.03
9300
378
420
1.85
7800
192.02
568
2.54
6800
155
210
2.25
11300
215
460
2.1
12300
1850
416
1.93
8600
670
230
2.16
ING. EN AERONAUTICA
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MECANICA DE VUELO
Graficas de peso máximo de despegue v.s. datos. Pasajeros vs Peso Maximo 7 6 5 s o r 4 e j a s a 3 P
Pasajeros Lineal (Pasajeros)
2 1 0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
Longitud vs Peso Maximo 8.8 8.6 8.4 ) m8.2 ( d u t i 8 g n o 7.8 L
longitud Lineal (longitud)
7.6 7.4 7.2 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
ING. EN AERONAUTICA
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MECANICA DE VUELO
Envergadura vs Peso Maximo 14 12 ) 10 m ( a r 8 u d a g r 6 e v n E 4
Envergadura Lineal (Envergadura)
2 0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
Altura vs Peso Maximo 3.5 3 2.5 ) m 2 ( a r u t 1.5 l A
Altura Lineal (Altura)
1 0.5 0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
ING. EN AERONAUTICA
Pág 17
MECANICA DE VUELO
Superficie alar vs Peso Maximo 25
20
) 2 m ( r 15 a l A e i c i f r 10 e p u S
Superficie alar Lineal (Superficie alar)
5
0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
Peso Vacio vs Peso Maximo 1200 1000 ) 800 g K ( o i c 600 a V o s e 400 P
Peso Vacio Lineal (Peso Vacio)
200 0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
ING. EN AERONAUTICA
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MECANICA DE VUELO
Potencia vs Peso Maximo 400 350 300 ) p 250 H ( a i 200 c n e t o 150 P
Potencia Lineal (Potencia)
100 50 0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo Kg
Velocidad Maxima de Operación vs Peso Max 600
) r h / m500 K ( n o i c 400 a r e p O300 e d x a 200 M d a d i 100 c o l e V
Velocidad Maxima de Operación Lineal (Velocidad Maxima de Operación )
0
0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
ING. EN AERONAUTICA
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MECANICA DE VUELO
Velocidad Cruzero vs Peso Maximo 700 600 ) r h / m500 K ( o r 400 e z u r C 300 d a d i c 200 o l e V
Velocidad Cruzero Lineal (Velocidad Cruzero)
100 0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
Velocidad de Desplome vs Peso Máximo 140 ) r h 120 / m K 100 ( e m o 80 l p s e D 60 e d d a 40 d i c o l e 20 V
Velocidad de Desplome Lineal (Velocidad de Desplome)
0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
ING. EN AERONAUTICA
Pág 20
MECANICA DE VUELO
Autonomia vs Peso Maximo 5 4.5 4 3.5 a i 3 m o n 2.5 o t u 2 A
Autonomia Lineal (Autonomia)
1.5 1 0.5 0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
Techo de Servicio vs Peso Maximo 25000
20000
) m ( o i c i 15000 v r e S e d 10000 o h c e T
Techo de Servicio Lineal (Techo de Servicio)
5000
0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
ING. EN AERONAUTICA
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MECANICA DE VUELO
Techo absoluto vs Peso Maximo 25000
20000
) m ( o t 15000 u l o s b A o 10000 h c e T
Techo absoluto Lineal (Techo absoluto)
5000
0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
Regimen de Ascenso vs Peso Maximo 2000 1800 1600 ) s / m1400 ( o s n 1200 e c s A1000 e d n 800 e m 600 i g e R 400
Regimen de Ascenso Lineal (Regimen de Ascenso)
200 0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
ING. EN AERONAUTICA
Pág 22
MECANICA DE VUELO
Capacidad de Combustible vs Peso Maximo 600 ) l ( 500 e l b i t s 400 u b m o C 300 e d d a 200 d i c a p a 100 C
Capacidad de Combustible Lineal (Capacidad de Combustible)
0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
Diametro de la Helice vs Peso Maximo 3 ) 2.5 m ( e c i 2 l e H a l e 1.5 d o r t 1 e m a i D
Diametro de la Helice Lineal (Diametro de la Helice)
0.5
0 0
500
1000
1500
2000
Peso Maximo (Kg)
ING. EN AERONAUTICA
Pág 23
MECANICA DE VUELO
Por medio del estudio comparativo y aplicando la regresión lineal nos arrogo los siguientes datos, los cuales nos da la línea de tendencia de su comportamiento, para conocer los datos que ocuparemos en nuestro avión.
Descripción Pasajeros Longitud (m) Envergadura (m) Altura (m) Superficie Alar (m2) Peso vacío (Kg) Peso máximo de despegue (Kg) Potencia (Hp) Velocidad máxima operativa (Km/hr) Velocidad de crucero (Km/hr) Velocidad de Desplome (Km/hr) Autonomía Techo de servicio (m) Techo Absoluto (m) Régimen de ascenso (m/min) Capacidad de combustible (lt) Diametro de la Helice (m)
ING. EN AERONAUTICA
Valor promedio
Valor redondeado
4.1 8.78 10.946 2.53 15.486 921.4 1508
4 9 10.9 2.6 15.4 921 1508
292 330
292 330
337.5
338
110.7
111
2.53 8109.74
2.6 8110
524.50 385.9
525 386
2.12
2
Pág 24
MECANICA DE VUELO
Perfil de misión En este trabajo se calculara los rendimientos de un motor para turismo, que pueda trasportar a 4 personas, el cual usara un turbohélice, ala alta y tren de aterrizaje no retráctil. Calcularemos su potencia, viraje, velocidad de despegue, aterrizaje, techo de servicio, autonomía, etc. La misión es sobrevolar zonas habitadas de las ciudades, algúna playa o centro turístico, ver de cerca desde el aire la casa donde vivimos, o la de nuestros amigos y para eso hay que volar bajo, pero no olvidar que no hay que sobrepasar el límite establecido por el Código de la Circulación Aérea para sobrevolar zonas habitadas. Hay una altitud mínima establecida, por debajo de la cual está terminantemente prohibido volar. Siempre tenemos que pensar que algo podría fallar y debemos asegurarnos de poder aterrizar en una zona despejada y deshabitada. Descripción de la trayectoria. 1-2 Despegue con una velocidad de 250 km/ hr 2-3 Ascenso de la aeronave hasta llegar a una altitud que oscila entre los valores de 12000 y 14000 pies. 3-4 Desplazamiento de la aeronave hasta llegar a la zona de pruebas. 4-5 Ascenso por seguridad a la zona de pruebas o maniobras a practicar a una altitud de entre 16000 ft y 18000 ft. 5-6 Trayecto para la realización de fumigación o riego. 6-7 Descenso de la zona de prácticas. 7-8 Trayecto para acercamiento de la aeronave a la pista y entrada al patrón de tráfico aéreo. 8-9 Posicionamiento para el aterrizaje ya dentro del patrón de tráfico aéreo y comienzo del descenso. 9-10 Aterrizaje y rodaje de la aeronave.
ING. EN AERONAUTICA
Pág 25
MECANICA DE VUELO
Vista lateral del perfil de vuelo
Vista superior del perfil de vuelo para 5-6
Vista lateral del perfil de vuelo
ING. EN AERONAUTICA
Pág 26
MECANICA DE VUELO
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD “TICOMAN” INSTITUTO POLIT CNICO NACIONAL ESCALA: ACOTACI N: 1: 65 m
6AV2-E8
EQUIPO:
“ AEROPLANO 6AV2-E8
LATERAL”
ING. EN AERONAUTICA
VISTA
GRUPO:
6AV2
MATERIA:
MECANICA DE VUELO
TURNO:
VESPERTINO
Fecha
12-ENE-2013
Pág 27
MECANICA DE VUELO
10.9
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD “TICOMAN” INSTITUTO POLIT CNICO NACIONAL ESCALA: ACOTACI N: 1: 60 m
6AV2-E8
EQUIPO:
“AEROPLANO 6AV2-E8 FRONTAL”
ING. EN AERONAUTICA
VISTA
GRUPO:
6AV2
MATERIA:
MECANICA DE VUELO
TURNO:
VESPERTINO
Fecha
12-ENE-2013
Pág 28
MECANICA DE VUELO
10.9
3.5
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD “TICOMAN” INSTITUTO POLIT CNICO NACIONAL ESCALA: ACOTACI N: 1:60 m
6AV2-E8
EQUIPO:
“AEROPLANO 6AV2-E8
SUPERIOR”
ING. EN AERONAUTICA
VISTA
GRUPO:
6AV2
MATERIA:
MECANICA DE VUELO
TURNO:
VESPERTINO
Fecha
12-ENE-2013
Pág 29
