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Questões em Design Airliner

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Palestra-13 Airliners

Vejamos agora um olhar para as linhas aéreas, as aeronaves que normalmente são usadas por passageiros como você e eu por percorrer longas distâncias em voo. Mesmo em linhas aéreas podemos defini-los amplamente em 3 categorias; faixa de curto alcance, faixa média e longo alcance.

Por isso, nos aviões de curto alcance, começamos normalmente a partir de cerca de 1000 quilômetros onde as regiões de longo alcance estão terminando e subimos até 6500 quilômetros. A maioria dessas aeronaves opera com um número de cruzeiro Mach entre 0,75 a 0,8 eles voam a altura de aproximadamente 10 quilômetros ou 35000 pés acima da Terra. Agora nesta categoria em particular a aeronave popular que vemos na Índia são o Airbus A 320 e o Boeing 737 como você pode ver neste quadro em particular.

Por isso, as aeronaves que eu mostro juntas são aquelas que vão competir no mercado também. Você pode ver que eles parecem muito parecidos, embora um tenha vindo da mesa da Airbus e o outro da mesa da Boeing, mas é muito difícil só de se fazer apenas olhando para a aeronave que a empresa fez.

A próxima categoria são as linhas aéreas de médio alcance que começam a 6500 quilômetros e vão até 10000 quilômetros. O número do cruzeiro Mach não aumenta muito. Ele vai de aproximadamente 0,80 0,86 e eles podem voar a uma altitude um pouco mais elevada, de cerca de 12 quilômetros. Obviamente, a altitude que você voa é limitada pela instrução do controlador de tráfego aéreo ok.

Então, você não pode simplesmente escolher a altitude que voa, mas a capacidade é construída na aeronave. Nesta categoria de linhas aéreas de médio alcance, você vê o Boeing 767 e o Airbus A-330 competindo no mercado e neste caso a mesma companhia aérea está operando ambos os tipos de aeronaves ok.

Em seguida, você tem a categoria de linhas aéreas de longo alcance que vão de cerca de 10000 quilômetros até 17000 quilômetros. O alcance de número de Mach e a altitude de cruzeiro permanece o mesmo que o caso dos aviões de médio alcance. Nesta categoria, vemos muitas aeronaves e duas delas que estão diretamente de cabeça para cabeça no mercado são o Boeing 787 Dreamliner e o Airbus A-380 ok. Então, é assim que os linhas aéreas estão divididos.

Tudo bem, então quando olhamos para os airliners temos visto que as 2 empresas Airbus e Boeing estão competindo de cabeça para cabeça nos muitos setores. De fato, em todas as 3 categorias que eu mostrei a você curto alcance, médio alcance, linhas aéreas de longo alcance, tivemos pelo menos uma aeronave na tabela da Airbus competindo com a tabela Boeings. Esta figura em particular dá a você uma paisagem típica de funcionamento dessas aeronaves.

Então você pode ver de cerca de 1000 quilômetros náuticos até por volta de 10000, a aeronave que você vê na praça vermelha nesta figura são da mesa de Boeings e a aeronave que você vê de blue rhombus são da tabela da Airbus e você percebe que aproximadamente em todos os lugares vai haver uma competição. Deixe-me mostrar e você pode ver que há cluster como mostrei mais cedo. Este é um cluster, este é outro cluster e este é o terceiro cluster.
Eles são os três clusters que eu falei e então você pode notar que existem algumas lacunas. Aqui está uma lacuna, aqui está outra lacuna, esta é outra lacuna, esta é outra lacuna. Por isso, novas aeronaves poderiam realmente ser projetadas para preencher essas lacunas ok, talvez haja uma lacuna aqui também, talvez haja uma lacuna aqui também, há uma lacuna aqui também, há uma lacuna aqui também, desde que haja uma exigência de que as aeronaves preencham essa lacuna específica.

Por isso, no exercício da sala de aula pode-se sempre dizer ok design algo nesta caixa em particular e que pode se tornar um problema teórico, mas tem que haver um requisito da vida real para uma aeronave viajar 9000 quilômetros, mas apenas 250 passageiros. Curiosamente, uma nova aeronave que veio no mercado foi o Boeing 787-8 que está marcado aqui, e esta aeronave com 7300 milhas náuticas e uma capacidade de 240.

Agora no nosso exercício que fazemos no futuro em relação ao cálculo do design de aeronaves, vamos fazer a nossa avaliação com base nesta aeronave particular ok. Então, eu vou tentar me livrar de todos esses vazios e lacunas que estão lá e vou limitar nossa atenção para a aeronave básica. Assim, este avião particular Boeing 787-8 por nenhuma razão específica vai se tornar a nossa aeronave de linha base para análise ok com 240 passageiros e 7300 milhas náuticas alcance.

Este será o valor da linha de base e vamos investigar variantes que são 280 passageiros, 260 passageiros, 220 passageiros e 20 passageiros e vamos investigar também as variantes que estão a 6300 milhas náuticas a 8300 milhas náuticas. Assim, você pode notar que a interseção de todas essas linhas elas representam uma matriz de você conhece requisitos de aeronaves que poderiam ser abordados. Obrigado por sua atenção. Passaremos agora para a próxima seção.

Palestra-14

Principais Questões em Design de Airliners

Vejamos alguns questões-chave no design de linhas aéreas ok. Em primeiro lugar, a asa de uma aeronave de transporte ou de um avião está sujeita a grande quantidade de otimização ok e por que é que tantas pessoas se perguntam, mas todas as linhas aéreas se são da Boeing ou da Airbus, elas parecem muito parecidas porque ambas foram submetidas à mesma quantidade de otimização, requisitos semelhantes e objetivos semelhantes.

Então, de forma independente, eles vieram com solução que chegaram de vários são muito semelhantes. Há certas variâncias de curso e será interessante que os alunos sejam realmente dados como exercícios para identificar abordagens totalmente diferentes e soluções totalmente diferentes para atender aos mesmos requisitos, mas em aeronaves de transporte deste tipo específico você encontrará a maioria deles ter certas características comuns. Quais são essas características?

As asas são varridas na maioria desses casos, mas o intervalo em que a varredura de acordes de trimestre que você observará ficará entre 35 e 38 graus principalmente ok. Agora alguns deles podem usar aerofoils supercríticos que permitem obter os benefícios em um ângulo de varredura mais baixo ok e também quando você varre menos você pode obter flaps mais eficientes e diminuir o peso da asa. Então, isso é uma coisa.

Assim, a maior parte das aeronaves nesta categoria airliners que voam perto de velocidades transônicas, Mach número de cerca de 0,8 eles vão ter asas varridas com uma varredura em uma banda muito pequena ou aerofogões supercríticos permitindo que ele um pouco menor varre. O dimensionamento da fuselagem, na verdade, não é uma tarefa muito difícil. Por isso, a fuselagem basicamente vai ser quase como um corpo cilíndrico com algum nariz e alguma cauda.

O nariz é necessário para colocar o cockpit e para colocar alguma instrumentação e alguns recursos na frente e a cauda é necessária essencialmente para acomodar coisas como a APU, alguma quantidade de bagagem talvez e comprimento adequado e taper cônico para permitir o distanciamento das caudas ok para fornecer braços de momento suficientes. Por isso, o design de fuselagem é submetido a volume e para passageiro e carga qualquer que seja o volume necessário.

E o que queremos fazer é querer torná-lo o mais pequeno possível para reduzir o arrasto do Cruzeiro. Quando chegamos à powerplant todos eles têm geralmente uma aeronave turbofan de alta proporção de bypass porque estes te dão SFCs mais baixos e níveis de ruído mais baixos e também menores emissões, especialmente as emissões de Nox, e manutenção fácil ok.

Um exemplo que eu gostaria de mostrar a vocês. Isso foi tomado novamente a partir do livreto do professor John Fielding, sobre como alguns recursos avançados foram fornecidos em uma aeronave de transporte para tratar de requisitos particulares. Por isso, esta aeronave por exemplo é uma das aeronaves que tem vindo com dois tripulantes. Isso agora é padrão, mas quando essa aeronave apareceu no mercado, foi uma das primeiras aeronaves que surgiu.

Antes disso tínhamos aeronaves como o Boeing 747 versões mais antigas que tinham um piloto, um copiloto e um engenheiro de testes de voo ou navegador. Assim, o custo da tripulação veio à tona porque a carga de trabalho é baixa. Então você tem um cockpit de baixa carga de trabalho, então você pode gerenciar com 2 pessoas e isso foi possível por uma extensa integração aviônica. Este é um exemplo de como a evolução tecnológica impulsiona os requisitos.

As pessoas mais cedo ficaram felizes, os clientes ficaram felizes em ter a exigência de 3 ou 4 pessoas no cockpit mas agora são apenas 2. Esta aeronave tem um centro de sistemas de gerenciamento de gravidade, permite que ele voe de forma otimizada em várias condições e há uma proteção de envelope de voo e alívio de carga por deflexão automática das superfícies de controle para manusear o carregamento de gust e isso é possível por causa do sistema estendido de fly-through-computador.

Do lado da estrutura, os designers foram para uso de novos materiais e processos ok, compósitos e formação de superplásticos e de ligação de difusão e também ligas de lítio de alumínio. No lado da central de energia, foram instalados com o motor CFM56 que lhe dá o, por isso é um motor antigo que estava no Airbus A320. Ele foi aprimorado para ligar o A-340. Nós vamos voltar novamente a esta aeronave no futuro porque há certas outras características adicionais que eu vou discutir.

Vejamos agora algumas tendências do design de linhas aéreas, especialmente que olhemos para as famílias e para as banalidades. Agora assim como temos famílias em nossa vida pessoal, também temos famílias em design de aeronaves.

Agora o que você faz nas famílias é basicamente você projetar uma aeronave de linha de base e então você atende aos requisitos de mercado em mudança ou fornece uma concorrência para outra aeronave existente, esticando ou encolhendo a aeronave ok. Então o que você quer dizer esticando e encolhendo, basicamente, inserindo e removendo os plugues de fuselagem, você também poderia fazê-lo alterando o motor ou aumentando o impulso do mesmo motor para atender a um requisito r.

São muitos, muitos exemplos disso no Airbus e no Boeing estável que veremos muito em breve. O objetivo deste exercício é garantir que cada aeronave que a competição disponibiliza há um avião equivalente ou similar no seu estábulo, assim você dá à companhia aérea uma escolha de que, se quiser bater essa aeronave na competição, aqui está a nossa solução para aquele problema específico.

Você pode ver por exemplo se você olhar para o grande mercado de gêmeos ok, aeronaves gêmeas de motor que você pode ver, por exemplo você tem 767-200 que foi para esta faixa específica e esta capacidade em particular e ela foi esticada e novamente você sabe e novamente. Da mesma forma, você sabe que tem essa família.

Da mesma forma, você tem outra família da família Boeing 767 onde você está apenas reduzindo o intervalo por ou eu diria que a outra maneira você está aumentando a capacidade ao colocar você sabe, desculpe você está mudando os requisitos de mercado. Olhemos para isso em mais detalhes à medida que você for adiante.

Olhemos para a família Airbus A-320. Esta é uma família muito popular no mundo todo. Começou com a Airbus A-320 a aeronave de base que veio em 1984 ok, certo. Ele tinha alcance de 5700 quilômetros e tem capacidade para cerca de 150 passageiros. Em seguida, em 1988, 4 anos depois o A-321 foi disponibilado com uma capacidade maior mas uma faixa de 100 milhas náuticas menores. Depois disso tivemos o A-319 que foi uma versão melhor no que diz respeito ao intervalo.

Mas uma versão encolhida no que diz respeito à capacidade, de 6800 quilômetros e 124 passageiros. Essa é uma maneira de combater a aeronave regional de longo alcance e depois aqui é outro exemplo de A-318 que veio em 1995, aqui o alcance foi reduzido para 6000 quilômetros e a capacidade foi derrubada para 107 quilômetros. Por isso, a mesma aeronave básica está servindo 4 mercados diferentes usando o conceito de família.

Da mesma forma, você tem o gráfico de família triplo de 7 em que você vai de você conhece uma aeronave para a outra e depois esta para a outra e então há uma espécie de falida e também há uma aeronave falastrona. Assim, você pode ver 4 mercados diferentes, eu diria que 5 mercados diferentes estão sendo abordados. Por isso, uma aeronave é realmente capaz de lidar com uma gama tão grande de capacidade e alcance, estendendo-se e encolhendo.

Há também algumas lugares-comuns em design de avião e isso é muito interessante. Curiosamente, você notará que no Boeing estável a seção de cruzamento da fuselagem Boeing 707 continua a ser usada para mais aeronaves com mudança mínima. No caso da Airbus, utilizamos a mesma ala para as duas aeronaves, o motor gémeo Airbus A-330 e quatro Airbus 340 motores, ambos têm quase a mesma asa idêntica.

Isso leva a um menor custo de fabricação e a banalidade no atendimento ok e em operação há comuns possíveis usando o que é chamado como uma qualificação cruzada de tripulação na aeronave da Airbus ok.

Você pode ver por exemplo aqui que você sabe que há uma aeronave chamada A340 todas as variedades dentro de um dia, o piloto pode se converter para voar A330 e de 330 A340 leva apenas 3 dias.

São aeronaves de grande porte. Agora se você tem um piloto qualificado para 340 e 330 e quer que o piloto opere aeronaves menores, é uma questão de apenas 11 ou 15 dias você pode convertê-los ok e então 380s eles são iguais, também terá uma vantagem operacional similar.

A Boeing também permite ok. Agora a lugar-comum está disponível apenas entre o Boeing 757 e 767 sete cinco e sete seis sete. Assim, de 777 787 você pode ir em 5 dias, mas observe aqui a partir de uma aeronave não Boeing, basicamente significa uma aeronave Airbus para 787 você requer 21 dias de treinamento. Por isso, a banalidade também está lá nas duas empresas.

Aqui está um cockpit ou o deck de voo do Boeing 787 ok, um cockpit muito moderno e uma configuração semelhante você verá agora no futuro avião da Boeing.

E aqui está um exemplo de pleitalidade. Na verdade se eu traçar uma linha aqui, no lado esquerdo você tem A330, no lado direito você tem A340 uma das versões. Ambos estão tendo uma plataforma de asa comum ok e um lado você vê um único motor porque ele é motor gêmeo, por aqui você vê dois motores porque ele é quatro motor, mas eles têm um cockpit comum. Eles têm um cockpit comum, fuselagem comum, trem de pouso comum, empenagem comum ou cauda, sistemas comuns e asa comum.

A única diferença é na tubulação de combustível, você sabe a tubulação que vai passar o combustível para o motor aqui, mas para isso é tudo comum. E desde o Airbus A340-300 até o Airbus A 340-200 você tem 8 quadros mais curtos e você consegue quando você faz exercícios para atender o mercado ok.

Essa lugar-comum não vem sem um custo. É bom ter pleitalidade, mas aqui está uma avaliação do professor Scott Eberhardt sobre as desvantagens da lugar-comum, o resultado é design não ideal.

Por exemplo, se você olhar para as entregas do Airbus A330 e 340 como comparado a 767 e 777 você nota que 330 vendeu bastante bem. Qualquer aeronave que venda cerca de 400 unidades tipicamente apenas é capaz de recuperar seu mercado. Esta é para uma nova aeronave de curso, 330 e 340 não são novos aerofícios, mas você nota que 767 e 777 têm em torno de até 2012, eles tinham em torno de 1000 aeronaves sendo vendidas em comparação com apenas cerca de 850 e 400 para 330. Assim, a asa comum é boa mas pesada demais e resultou em um avião inferior ok.

Veja a perda nas vendas. O que se viu anteriormente foi perda em números, esta é a perda nas vendas.
Por isso, comparados a 767 e 777, 340 têm cerca de dez 100 bilhões de dólares de perda nas vendas e, consequentemente, notamos que não há nova ordem. Por isso, a banalidade é boa, mas a banalidade pode levar a considerações financeiras sérias também. Obrigado muito.