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Conferencia-Diseño de configuración de aeronaves

Hola, vamos a echar un vistazo al diseño de configuración de la aeronave. Esta es una decisión muy importante que un diseñador o un equipo de diseño tiene que hacer con respecto a la aeronave. Y aquí hay muchas, muchas opciones disponibles para nosotros. Además de que hay un gran espacio para la innovación y el cambio. Este material en particular, estoy en deuda con mi amigo, el profesor Bill Mason de Virginia Tech. Y me gustaría reconocer su contribución. De hecho, la mayor parte del material que vas a ver se toma de sus notas.
(Consulte la hora de la diapositiva: 01:03)

Oigamos hablar de Bill Mason. Enseña diseño de aviones en Virginia Tech y también es un aerodinámico muy establecido. Aquellos que quieran saber sobre Bill Mason deben ir a este sitio web. Bill Mason está conectado con la colección y manteniendo una gran cantidad de datos relacionados con el diseño de la aeronave, varios códigos, varios informes interesantes están disponibles en su sitio. Y fue de las primeras personas en hacer pública la información disponible en su sitio web.
(Consulte la hora de la diapositiva: 01:44)

Así que tienes una persona que es un diseñador que es el Jefe, él es el jefe. Y su principal área de interés o preocupación es ¿cómo explotamos la tecnología para generar nuevas capacidades? ¿utilizaremos una nueva capacidad que alguien podría pagar por tener? O echaremos un vistazo a los avances de la tecnología y veremos si podemos aplicarlos para cumplir con el requisito del cliente. Así que mantener estos 2 en mente, el equipo de diseño que he mostrado aquí como un individuo, pero en la vida real no es un individuo en la vida real, es en realidad un equipo.

Se unen con un concepto de configuración. Y hay una interesante nota de que las formas de la aeronave han cambiado a lo largo de los años para explotar los avances de la tecnología. Y esta declaración será elaborada en detalle en las próximas diapositivas.
(Consulte la hora de la diapositiva: 02:46)

Cuando hablamos del concepto de configuración, tenemos que entender que estamos viendo cómo localizar elementos como la carga útil. ¿Qué tipo de arreglo de fuentes de elevación que necesitamos utilizar? ¿tenemos una superficie de control o muchas superficies de control? ¿Y cuál es su ubicación? Tenemos que decidir qué tipo de sistema de propulsión utilizaremos. Y también tenemos que decidir si tenemos un tren de aterrizaje y qué tipo y aproximadamente qué tipo de diseño de tren de aterrizaje.

Empecemos por mirar el primer avión exitoso que los hermanos Wright habían desarrollado. ¿Cuáles fueron los aspectos clave de configuración de este avión en particular? En primer lugar, fueron por un concepto de control muy innovador. Estaban más preocupados por el control que por la estabilidad.
Así que es por eso que han usado canardos. Eran volantes muy consumados y estaban tratando de lograr un hito y usando sus habilidades de pilotaje, pudieron lograr con éxito el vuelo.

También tuvieron éxito en parte porque fueron capaces de integrar un sistema de propulsión de peso muy ligero en sus aviones. Y su diseño fue una mejora continua y evolución. No fue durante la noche.
(Consulte la hora de la diapositiva: 04:43)

Veamos cuáles son las características de un buen avión de transporte y esta diapositiva muestra un avión del Airbus estable y uno del Boeing estable. Ambos se ven bastante similares, excepto 1de ellos es doble motor, el otro es de cuatro motores. Pero ambos comparten algunas buenas características estándar. En primer lugar, un buen avión de transporte tiene que ser aerodinámicamente eficiente. Y cuando digo esto también me refiero a integrar el sistema de propulsión de tal manera que la eficiencia de la pista no se vea comprometida.

Y esto se logra por lo que se llama una agilización. Por lo tanto, un buen avión de transporte debe racionalizarse adecuadamente, debe equilibrar cerca del nivel de estabilidad para un mínimo de arrastre. Si equilibra en alguna otra ubicación entonces el arrastre va a ser más alto porque el arrastre de recorte que es 1 componente del arrastre, tendremos un vistazo a la estimación de arrastre y arrastrar componentes un poco más tarde. Allí voy a elaborar este punto poco más allá. En un buen avión de transporte el tren de aterrizaje debe estar situado en relación con el centro de gravedad.

Esto debe hacerse de tal manera que la aeronave pueda girar fácilmente durante el despegue. De lo contrario, la distancia de despegue va a ser grande o necesitará una superficie de control de tamaño muy grande. A lo largo de la envolvente del vuelo o a lo largo de la envolvente de altura y velocidad en la que su aeronave ha sido despejada para operar debemos tener la autoridad de control adecuada. Por lo tanto, que no hay ninguna posibilidad de que el avión entre en cualquier área de inestabilidad también como hemos mencionado justo en el diseño inicial es bueno si se puede construir fácilmente y en gran número.

Por lo tanto, que se hace asequible y también debería tener bajos costos de mantenimiento. Por lo tanto, que los costos operativos se minimizan y en los días modernos y una aeronave tiene que ser un buen vecino. Tiene que ser capaz de operar en nuestro entorno sin mucha perturbación. Por lo tanto, debe ser tranquilo y debería tener bajas emisiones. Por lo tanto, estos 6 puntos son el sello distintivo de un buen avión de transporte y la configuración de la aeronave debe ser elegida para intentar lograr un equilibrio en estos 6 puntos.
(Consulte la hora de la diapositiva: 06:58)

Veamos las tecnologías clave que se utilizan en el diseño de una propulsión aerodinámica de aviones y estructuras. Estas son tecnologías muy bien conocidas sobre estas que estudiamos. A finales de los 70 los controles de vuelo a medida que la tecnología comenzó a surgir como un gran jugador de rol. En los años 80 y principios
90s, empezamos a mirar sistemas, aviónica y observables y la tecnología de fabricación, las técnicas de fabricación se volvieron muy importantes.

Y hoy, el propio proceso de diseño es una tecnología clave. Tenemos hoy una tecnología llamada optimización de diseño multidisciplinar que se utiliza para concebir y diseñar la aeronave teniendo en cuenta la interacción entre varias disciplinas y tratando de lograr la excelencia y la eficiencia justo desde el principio. Y para ello, las diversas interacciones entre disciplinas tienen que ser capturadas.

Y por lo tanto tenemos que mirar un enfoque concurrente y eso es muy bien modificable para el análisis utilizando las técnicas de MDO. Por lo tanto, hoy en día, el diseño de aeronaves está impulsado principalmente por la tecnología MDO disponible. Ahora, no es muy fácil integrar los avances en cada tecnología en este entorno multidisciplinar. Y a veces los desarrollos tecnológicos individuales pueden causar muchos problemas o problemas cuando tienen que ser integrados.
(Consulte la hora de la diapositiva: 08:36)

Veamos lo que significa una aeronave de referencia porque cualquier innovación o cualquier nueva configuración se considerará con respecto a esta línea base en particular. Por lo tanto, para un avión de transporte subsónico, usted tiene una línea base que fue sugerida por primera vez por la compañía Boeing en la forma de Boeing 747. Por lo tanto, cuáles son las características que distribuimos la carga útil alrededor del centro de gravedad. Así que alguna parte de la carga útil está por delante del centro de gravedad, alguna parte está detrás y tratamos de mantener el CG.

Proveemos el control longitudinal usando una cola convencional montada detrás y usando un brazo de momento que proveemos el poder de control requerido. Proporcionamos una cola vertical para dar una estabilidad direccional y timón para el control. Y tratamos de volar la aeronave de tal manera que el arrastre de recorte es mínimo cerca de la ubicación o cerca del nivel de estabilidad en el que queremos que vuele. El arrastre de recorte es causado debido al arrastre debido a las superficies de control que se desvían con el fin de recortar la aeronave.

O con el fin de crear una situación en la que el movimiento neto que actúa sobre el avión es 0 sobre el centro de gravedad y más grande la desviación de la superficie de control es necesaria, más grande será el arrastre debido a ellos. Y eso continuará durante todo el vuelo y por lo tanto, va a aportar una gran cantidad al arrastre y por lo tanto, es importante que la aeronave debe ser capaz de recortar a poca o ninguna desviación de las superficies de control y la configuración estándar que funciona para un avión subsónico convencional es la combinación de tren de aterrizaje de fuselaje de ala como se muestra en esta figura.

Por lo tanto, cualquier partida de esta configuración para un avión de transporte subsónico puede considerarse como una desviación o una variación. Y debería haber una razón bastante sólida para hacer eso. No estamos diciendo que todos los aviones de transporte se vean así y deberían tener la apariencia de que estamos simplemente diciendo que tiene que haber una razón sólida para apartarse de este aspecto en particular. Porque a lo largo de los años, la experiencia de los diseñadores ha dado lugar a este tipo de configuración como la base. Pero habiendo dicho eso, hay varias opciones disponibles para el diseñador para el diseño.
(Hora de la diapositiva: 11:05)

El diseño representa la ubicación relativa de los diferentes conjuntos principales como el ala, el fuselaje, la cola, etc. Entonces, ¿dónde pones las alas? ¿Pones las alas por delante en el fuselaje o detrás?
¿Los pones por encima del fuselaje o por debajo o lo pones a través del fuselaje? ¿Dónde pones los motores? De hecho, ¿qué tipo de motores utilizas? Y donde los pones, los pones por debajo del ala, por encima del ala, en la parte delantera del fuselaje, en la parte trasera del fuselaje, en la cola vertical. Todas estas opciones están disponibles.

¿Dónde se ponen las superficies de control y qué opciones están disponibles para las superficies de control y tenemos que tener mucho cuidado de que tengamos espacio suficiente para el tren de aterrizaje porque el tren de aterrizaje es un requisito necesario para cualquier avión de transporte grande. ¿Y podemos ver los posibles diseños innovadores para obtener mejoras o para cumplir con algunos de los requisitos que pueden no ser posibles para ser abordados utilizando la línea base convencional? (Consultar Tiempo de Slide: 12:10)

En este punto, empezamos a mirar las preguntas que surgen en la mente de un estudiante acerca de por qué tenemos un tipo particular de característica. ¿Por qué tenemos motores podded debajo de las alas? ¿Por qué tenemos un ala barrida? ¿Por qué avanzar? ¿Por qué las variables se ¿Por qué canards? ¿Por qué volar ala?
¿Por qué las alas? ¿Por qué 3 superficies? Hay tantas preguntas. Y hay una razón y lógica para cada una de estas opciones que el diseñador o nuestro equipo de diseño hace en el diseño. Gracias por su atención. Ahora vamos a pasar a la siguiente sección.