METODOLOGAS DE DISEOEL PROBLEMA

>Multiplicidad de requerimientos Tcnicos Desempeo Econmicos>Multiplicidad de reas Tcnica Comercial Administrativa>Problema multidisciplinario>Problema con mltiples implicados/interesados>Problema con mltiples objetivos>Ill-defined problem Problema mal definido No hay un camino especfico a la solucin Los objeticos no necesariamente estn claramente definidos

>Interdependencia Requerimientos Caractersticas de diseo Dimensiones Caractersticas fsicas Desempeo>Por dnde empezar?>Qu pasos seguir?ETAPAS DE DISEO

1. DISEO CONCEPTUALEtapa en la que se da respuesta a los principales requerimientos, definiendo y refinando una CONFIGURACIN de la aeronave El propsito principal es definir la viabilidad del proyecto. Adicionalmente, se estiman parmetros importantes Fsicos Desempeo Costo2. DISEO PRELIMINARPor medio de estudios en ms detalle se definen las caractersticas principales de la configuracin, as como de los sistemas y componentes principales3. DISEO DETALLADO Seleccin diseo y ubicacin de todos los componentes. Diseo de manufactura Diseo de mantto Anlisis detallados

METODOLOGAS DE DISEO>La mayora de metodologas se basan en mtodos estadsticos Recopilacin de datos de aeronaves existentes>Estudio de correlaciones entre parmetros/variables>Obtencin de ecuaciones empricas

>>Entre los parmetros principales a determinar durante el proceso estn:

>NO SON INDEPENDIENTES

>Los dems parmetros se pueden obtener en etapas subsiguientes del diseo

>Proceso Iterativo

>Se hace necesario iniciar estimando algn parmetro

PROCESO DE DISEO

I. DEFINICIN DEL PROBLEMA> Definicin de los clientes> Definicin de la viabilidad del producto> Entendimiento del problema Considerarlo tan ampliamente como sea posible Identificar y evaluar todas las restricciones reales Examinar las restricciones no-tcnicas> Definicin de aspectos innovadores> Organizacin del proceso de diseo

II. RECOPILACIN DE INFORMACIN> Es necesario recopilar la informacin pertinente que garantice el entendimiento de los requerimientos y las posibles soluciones en todos sus aspectos> Informacin sobre aeronaves existentes (competencia)> Informacin sobre tecnologas y sistemas que se implementarn en la aeronave Papers/artculos acadmicos Hojas de especificaciones Patentes. ETC

III. REQUERIMIENTOS> Es necesario estudiar, comprender y analizar los requerimientos> Origen de requerimientos Cliente: RFP Desarrollo Propio Concurso> El estudio de los requerimientos permite determinar posibles configuraciones a desarrollar, as como un perfil de misin (o varios)

IV. OPCIONES DE CONFIGURACIN

V. DIMENSIONAMIENTO INICIAL> Las metodologas de inters inician con una estimacin del MTOW de la aeronave> Correlaciones con componentes Peso de combustible Dependiente de la misin Peso vaco Peso de estructura

> Una vez obtenida la estimacin del peso, se puede proceder a realizar un bosquejo de la configuracin

V. EVUALUCIN DEL BASELIN> Una vez plasmada la configuracin inicial (baseline), se hace necesario hacer validaciones iniciales de su viabilidad Anlisis de pesos Anlisis de equilibrio Anlisis aerodinmicos iniciales Anlisis de propulsin Anlisis de desempeo> Las etapas siguientes del diseo buscan mejorar la configuracin, optimizndola y solucionando problemas ms especficosVI. REFINAMIENTO DEL BASELIN> Una vez finalizados el planteamiento y la validacin del baseline, es posible proceder a refinarlo por medio de Anlisis de restricciones Estudios de cambios (trade-off) Estudios paramtricosVII. CONFIGURACIN FINAL> Consideraciones tcnicas adicionales/detalladas Distribucin estructural Distribucin interna Ubicacin e instalacin de componentes y sistemas principales Estabilidad y control.. ETC> Consideraciones no tcnicas Costos Manufactura MantenimientoVII. REPORTE

PREPARACIN PREVIA AL DISEO

I. DEFINICIN DEL PROBLEMA> El primer paso para dar inicio al proceso de diseo de una aeronave es conocer el PROPSITO de dicha aeronave> Definir su misin (categora) Combate Transporte Aviacin General> Definir por qu se llevar a cabo el diseo Peticin de un cliente (civil-militar) Request For Proposal (RFP) Iniciativa Propia Nuevo mercado Renovacin de modelos existentes

II. DEFINICIN DE LOS REQUERIMIENTOS> Una vez se conozca la misin de la aeronave, se pueden empezar a listar los requerimientos> La misin permite tambin definir los requerimientos que guiarn el diseo (design drivers) El origen de los requerimientos depender del motivo por el cual se ha embarcado en el proceso de diseoIII. ORGEN DE REQUERIMIENTOS> Iniciativa Propia Requerimientos principales planteados por la compaa Tcnicos y no tcnicos Tpicamente basados en vacos en el mercado - Ej. DC-3, Embraer E-Jets Es importante hacer un monitoreo y prospectiva del mercado Boeing Current Market Outlook Airbus Global Market Forecast Embraer Market Outlook FAA AOPA

IV. REQUERIMIENTOS PRINCIPALES> Respuesta a RFP Requerimientos principales dados explcita y especficamente por el cliente Tcnicos y no-tcnicos Los no-tcnicos deben interpretarse y traducirse en requisitos tcnicos. Basados en las necesidades del cliente Tpicamente para clientes militares/gubernamentales

Sin importar el motivo por el cual se disea la aeronave o la fuente de los requerimientos, se hace necesario traducir los requerimientos y la misin de la aeronave, de forma que se conozcan por lo menos- los siguientes requerimientos Carga Paga Velocidades significativas Altitud de vuelo Rango Autonoma Distancias de despegue/aterrizaje Limitantes de Costo Regulaciones Aplicables

V. CARGA PAGA Elementos cargados a bordo de la aeronave. Pasajeros Carga Armamento Tpicamente la misin de la aeronave es transportar dicha carga Puede ser fija (pasajeros/carga) o ser gastada en vuelo como parte de la misin (armamento/combustible para un tanquero)

VI. VELOCIDADES SIGNIFICATIVAS Aunque no se especifiquen, la misin y categora de la aeronave pueden dar una idea de las velocidades significativas Velocidad Mxima Velocidad de Crucero Aeronaves con motores de hlice: Entre 150 y 300 kts Jets Comerciales/Ejecutivos: Mach 0.8-0.85 ptimo

VII. ALTITUD DE CRUCERO TPICA> Usualmente determinada basndose en Velocidad de crucero Sistema de Propulsin Presurizacin de Cabina No presurizada: Debajo de 10.000 ft Motor recproco: Hasta 20.000 ft> Disminucin Disminucin Drag Aumento Rango Altitud ideal alrededor de 36.000 ft para aeronaves a reaccin

VIII. RANGO Y AUTONOMA> Mxima distancia que puede recorrer la aeronave sin reabastecerse de combustible En plan de vuelo: distancia cubierta en fase de crucero> El rango tiene un efecto exponencial sobre el peso de la aeronave> Para algunos tipos de aeronave la autonoma es un design driver (ej. reconocimiento). Para la mayora es un requerimiento secundario.

IX. DISTANCIA DESPEGUE Y ATERRIZAJE> Distancia requerida para el despegue o el aterrizaje, incluyendo obstculos> Dependen de la categora de la aeronave y de su misin especfica Aeronaves en portaaviones CTOL STOL VTOL> Afectan caractersticas dimensionales y propulsivas Carga Alar Potencia Instalada

X. COSTO DE LA AERONAVE> Dependiente de un sinnmero de factores Tecnologas y sistemas especficos a incorporarse Materiales Costos de investigacin Tamao Cantidad de aeronaves a construir ..> Usualmente no es especificado: Se espera que el costo sea mnimoXI. REGULACIONES APLICABLES> Dependiendo de la misin de la aeronave y del pas en el cual ha de certificarse, deben tenerse en cuenta las regulaciones gubernamentales aplicables FAR (23, 25) MIL JAR RAC> Estas regulaciones contienen requerimientos en cuanto al desempeo y caractersticas generales de la aeronaveCASO DE ESTUDIO: SSBJ LIBRO DE CORKE

DISEO DEL ALA> Parmetros principales del ala: Perfil aerodinmico Cuerda media Espesor mximo Relacin de Aspecto Relacin de cuerdas (taperado) Aflechamiento

> Principales objetivos: Valor alto del coeficiente de sustentacin vs. ngulo de ataque Alto coeficiente de sustentacin mximo Bajo coeficiente de drag Gran volumen alar Bajo peso alar> En muchos casos los objetivos requieren compromisos pues son conflictivosPERFIL AERODINMICO> El desempeo del perfil se ve afectado por muchas de sus caractersticas geomtricas> Radio del borde de ataque Muy pequeo - Tendencia a separar el flujo a bajos ngulos de ataque> Relacin espesor/cuerda (t/c) Afecta el mximo coeficiente de sustentacin del perfil Afecta las caractersticas estructurales

Afecta el peso de las alas

Determina la cantidad de volumen disponible para combustible Es determinante del Mach crtico> Camber (curvatura) Afecta el comportamiento de la sustentacin y el drag al variar el ngulo de ataque Sustentacin: Aumenta el coeficiente de sustentacin a un ngulo de ataque determinado Drag: Aumenta el valor en el que se presenta la depresin en la curva de sustentacin vs. drag (drag buckett)

> Forma del Perfil Para la mayora de aplicaciones en las que el crucero es la etapa dominante del vuelo, es importante optimizar el perfil para dicha etapa. Se define un coeficiente de sustentacin de diseo igual al promedio requerido durante el crucero.> Se busca, para dicho coeficiente de sustentacin, minimizar el drag (maximizar el rango)> El perfil debe entonces: Proveer el coeficiente de sustentacin en vuelo nivelado Tener el rango de valores de coeficiente de sustentacin requeridos en el drag buckett

RELACIN DE CUERDAS (TAPERADO)> Relacin entre la cuerda de la punta del ala y la cuerda en la raz> Con la disminucin de la cuerda en la punta se busca minimizar el Drag Inducido Distribucin elptica de la sustentacin Tpicamente, una relacin de alrededor de 0,4 da una buena aproximacin a una distribucin elptica El valor ptimo depende de la relacin de aspecto y del ngulo de aflechamiento