Projetos de Aeronaves  I - Projeto conceitual / Projeto Preliminar

Prof. Paulo Henriques Iscold Andrade de Oliveira

Pré-Requisitos: Aerodinâmica - EMA

Tarefas

1 - Métodos Comparativos:

Escolher 20 a 30 aeronaves que se assemelham com o projeto que se quer desenvolver, de preferência que sejam concorrentes diretas deste novo projeto (ou seja, atendem as mesmas especificações) e coletar o maior número de informações possíveis sobre as mesmas. As informações mínimas que devem ser coletadas são: i) dimensões externas (asas, empenagens, fuselagem, naceles e trem de pouso); ii) dimensões internas (ergonomia e carga); iii) perfilagem (asas e empenagens); iv) pesos (peso vazio, peso máximo de decolagem, carga paga, peso de combustível, peso de posuo, etc.); v) características básicas de desempenho (velocidades, alcances, autonomia, distancias de pouso e decolagem); vi) características do sistema motorpopulsor (tipo, potência, tipo de hélice, relação peso potencia, consumo, rotação, etc.); vii) características construtivas (materiais, processos, etc.); viii) preços (custo de aquisição, custo de operação).

Com estas informações coletadas, organizar as seguintes formas de comparação: i) fichas técnicas, onde constam uma foto da aeronave, um desenho de três vistas (todas na mesma escala), as principais características de dimensões, pesos, desempenho e grupo motopropulsor; ii) gráficos de barras, que permitam visualizar uma determinada característica das diversas aeronaves, buscando identificar valores médios e pontos "fora da curva"; iii) gráficos paramétricos, que permitam visualizar correlações entre parâmetros importantes para a satisfação das especificações.

É aconselhável também criar tabelas comparativas dos grupos-motopropulsores que se encontram disponíveis no mercado e se mostram adequados ao projeto em desenvolvimento.

Referências bibliográficas :

Janes, -, "Jane´s All The World´s Aircrafts" - Todos os exemplares disponíveis na biblioteca do CEA. (FAVOR NÂO RETIRAR ESTES LIVROS DO CEA)

Barros, C.P., 2001, "Uma metodologia para desenvolvimento de aeronaves leves subsônicas" - Tese de Doutorado - Departamento de Engenharia Mecânica - UFMG.

www.airliners.net/info

www.aae.uiuc.edu/m-selig/ads/aircraft.html

http://www.pilotfriend.com/

http://www.designdirectory.cc/cat/Aerospace_Design/Books/

Sites dos fabricantes das aeronaves

Sobre motores:

http://www.lycoming.textron.com/

http://www.tcmlink.com/

http://www.superiorairparts.com/

http://www.russianaeros.com/vedenyevproduct.htm

http://www.russianaeros.com/Future%20for%20M14P%20engines.htm

http://www.rotax-aircraft-engines.com/aircraft/aircraft.nsf/index?Openpage

http://www.jabiru.net.au/

http://www.limflug.de/

http://www.pratt-whitney.com/products.asp

http://www.walterengines.com/

http://www.pwc.ca/

http://www.geae.com/

http://www.i-a-e.com/index.shtm

http://www.mtu.de/

http://www.hartzellprop.com/

http://www.mt-propeller.com/

http://www.hoffmann-prop.com/

http://www.mccauley.textron.com/

2 - Definição da  lista de prioridades

Baseando-se na experiência observada através dos métodos comparativos e nas decisões do grupo de trabalho, definir a lista de prioridades do presente projeto. Esta lista de prioridades deve contemplar os seguintes itens: i)

Referências bibliográficas :

Barros, C.P., 2001, "Uma metodologia para desenvolvimento de aeronaves leves subsônicas" - Tese de Doutorado - Departamento de Engenharia Mecânica - UFMG.

3 - Estimativa dos pesos da aeronave

Utilizando os procedimentos descritos nas aulas teóricas, fazer a estimativa de: i) peso vazio, ii) peso de equipamentos, iii) peso da tripulação; iv) peso dos passageiros; v) peso da carga paga; vi) peso de combustível. Com estas estimativas, calcular: i) peso máximo de decolagem; ii) peso vazio operacional; iii) peso vazio operacional mínimo; iv) peso de rampa; v) peso de pouso; e outros valores de peso que se julgar pertinentes ao projeto em desenvolvimento.

Referências bibliográficas :

Roskam, J., 1985, "Airplane Design - Part I Preliminary Sizing of Airplanes", Roskam Aviation andEngineering Corporation, Kansas, EUA.

Raymer, D., 1992, " Aircraft Design: A Conceptual Approach", AIAA Education Series, Washington, EUA.

4 - Estimativa da polar de arrasto

Utilizando o procedimento descrito nas aulas teóricas, estimar a polar de arrasto da aeronave.

Referências bibliográficas :

Roskam, J., 1985, "Airplane Design - Part I Preliminary Sizing of Airplanes", Roskam Aviation andEngineering Corporation, Kansas, EUA.

5 - Construção dos gráficos de Carga Alar e Potencia Específica

Utilizando os procedimentos descritos nas aulas teóricas, calcular os limites da relação entre a carga alar e a relação peso/potência de forma a satisfazer as especificações de: i) velocidade de estol; ii) distância de decolagem; iii) distância de pouso; iv) velocidade de cruzeiro (ou máxima); v) razão de subida; vi) tempo de subida e vii) manobrabilidade. Com estes limites, definir os valores de carga alar e relação peso potência adequados para o projeto em desenvolvimento.

Referências bibliográficas :

Roskam, J., 1985, "Airplane Design - Part I Preliminary Sizing of Airplanes", Roskam Aviation andEngineering Corporation, Kansas, EUA.

6 - Definição da aeronave

Seguindo os cálculos preliminares desenvolvidos até esta tarefa e baseando-se nas informações obtidas através dos métodos comparativos, criar estudos a respeito da definição da aeronaves. Nestes estudos devem constar: i) definição da configuração externa; ii) definição da configuração interna; iii) Estudos de ergonomia; iv) Escolha do grupo motopropulsor, v) escolha de materiais e processo de fabricação; vi) escolha dos equipamentos e definição das suas instalações. Todos estes itens devem ser justificados através de conceitos clássicos  de engenharia, dos cálculos preliminares já desenvolvidos ou através de cálculos auxiliares. Além desta definição deve ser elaborado nesta tarefa um desenho de três vistas da aeronave (DESENHO A MÃO), contendo detalhes com: i) posição do grupo motopropulsor, ii) posição dos tripulantes e passageiros; iii) posição da carga paga; iv) posição dos principais sistemas (combustível, ar-condicionado, trem de pouso, etc.); v) superfícies de comando.

Referências bibliográficas :

Barros, C.P., 2001, "Uma metodologia para desenvolvimento de aeronaves leves subsônicas" - Tese de Doutorado - Departamento de Engenharia Mecânica - UFMG.

Roskam, J., 1985, "Airplane Design - Part I Preliminary Sizing of Airplanes", Roskam Aviation andEngineering Corporation, Kansas, EUA.

Roskam, J., 1985, "Airplane Design - Part II Integration of Propulsion System", Roskam Aviation andEngineering Corporation, Kansas, EUA.

Roskam, J., 1985, "Airplane Design - Part III Layout design of Cockpit, fuselage, wing and empennage: Cutways and inboard profiles", Roskam Aviation and Engineering Corporation, Kansas, EUA.

Raymer, D., 1992, " Aircraft Design: A Conceptual Approach", AIAA Education Series, Washington, EUA.

7 - Refinamento da estimativa de peso da aeronave

Utilizando as técnicas comentadas nas aulas teóricas, e tomando com referência a definição da aeronave desenvolvida na tarefa anterior, efetuar o refinamento da estimativa de peso da aeronave e construir o seu diagrama de posição do centro de gravidade.

Referências bibliográficas :

Barros, C.P., 2001, "Uma metodologia para desenvolvimento de aeronaves leves subsônicas" - Tese de Doutorado - Departamento de Engenharia Mecânica - UFMG.

Roskam, J., 1985, "Airplane Design - Part V Component Weight Estimation", Roskam Aviation andEngineering Corporation, Kansas, EUA.

Pazmany, 1963, "Light Aircraft Design". (FAVOR NÂO RETIRAR ESTE LIVRO DO CEA)

Raymer, D., 1992, " Aircraft Design: A Conceptual Approach", AIAA Education Series, Washington, EUA.

8 - Estudo das proporções externas e estimativas prévias de estabilidade e controle

Utilizando as informações dos métodos comparativos, executar o estudo das proporções externas e do tamanho das empenagens para garantir as necessidades de estabilidade e controle da aeronave. Dentre os diversos parâmetros que podem analisados, pode-se citar como os mais importantes: i) relação comprimento da fuselagem / envergadura da asa; ii) relação envergadura da asa / envergadura da empenagem horizontal; iii) relação entre a área da asa e a área da empenagem horizontal; iv) volume de cauda horizontal; v) volume de cauda vertical; vi)  relação área do profundor / área da empenagem horizontal; vii) relação área do leme de direção / área da empenagem vertical.

Referências bibliográficas :

Barros, C.P., 2001, "Uma metodologia para desenvolvimento de aeronaves leves subsônicas" - Tese de Doutorado - Departamento de Engenharia Mecânica - UFMG.

9 - Escolha da perfilagem

Fazer uma pesquisa bibliográfica a respeito dos perfis que possam vir a ser utilizados no projeto em desenvolvimento e, seguindo as estimativa já executadas e a boa prática de engenharia, escolher a perfilagem para a asa, empenagem horizontal e empenagem vertical. A escolha da perfilagem destes componentes deve ser justificada sobre os seguintes aspectos: i) aerodinâmica (desemepenho e estabildiade e controle); ii) facilidade construtiva; iii) acabamento superficial do componente; iv) condições de operação; v) possibilidades estruturais.

Referências bibliográficas :

Barros, C.P., 2001, "Uma metodologia para desenvolvimento de aeronaves leves subsônicas" - Tese de Doutorado - Departamento de Engenharia Mecânica - UFMG.

Abbot, I. H., Doenhoff, A. E. von, 1949,  "Theory of Wing Sections", McGraw-Hill Book Company.

Weise, A, 1972, "Stuttgarter Profilkatalog I - Experimental results from the Laminar Wind tunnel of the Institut für Aero- und Gasdynamik der Universität of Suttgart", Universität Stuttgart.

http://www.aae.uiuc.edu/m-selig/ads/coord_database.html

http://www.aae.uiuc.edu/m-selig/ads/aircraft.html

http://soaring.cnde.iastate.edu/calcs/frames.shtml

http://www.profoil.org/

http://techreports.larc.nasa.gov/ltrs/PDF/NASA-81-tp1865.pdf

Programas que podem ser utilizados para as análises:

http://raphael.mit.edu/xfoil/

http://raphael.mit.edu/avl

http://www.mh-aerotools.de/airfoils/javafoil.htm

10 - Retrabalho da cofiguração externa

Buscando atender os cálculos e comparações  executados nas tarefas 7, 8 e 9, executar o retrabalho da configuração externa, criando então um desenho de três vistas seguindo normas técnicas de desenho mecânico e um desenho tridimensional (CAD) da "casca" da aeronave. Nestes desenhos, sobretudo nas três vistas, deve-se buscar um maior nível de detalhamento da aeronave, indicando itens como: posição do painel de instrumentos, posição de entradas de ar para a cabine e para o motor, tamanho e forma das superfícies de comando, portas de acesso para manutenção, portas móveis de trem de pouso ou outros mecanismos, detalhes para acesso à cabine, etc. O desenho em 3D deve ter a origem situada no plano da flange do motor, coincidindo com o eixo do mesmo. O sistema de coordenadas deve estar alinhado da seguinte forma (eixo x - longitudinal - positivo para a frente; eixo y - lateral - positivo para a esquerda da aeronave; eixo z - vertical - positivo para cima). As unidades devem ser milímetros. Cada componente da aeronave (fuselagem, asa, empenagem horizontal, empenagem vertical, canopy, capô do motor, spinner, portas, etc.) deve ser construído como uma parte (PART) independente, com origem equivalente à origem geral da montagem (ASSEMBLER) - (plano da flange do motor, coincidindo com o eixo do mesmo).

É obrigatório que os desenhos sejam feitos no software SOLIDWORKS. No Centro de Estudos Aeronáuticos deverão existir computadores disponíveis para a execução dos trabalhos, com estes softwares. Para evitar problemas de congestionamento, marque seu horário com o monitor responsável pelos computadores do CEA.

11 - Relatório Final

O relatório final deve conter: Capa, índices, especificações, lista de prioridades, Métodos Comparativos, Estimativa de pesos, Estimativa da polar de arrasto, Gráficos W/S x P/W, Definição da aeronave (incluindo definição da configuração externa e interna), Refinamento da estimativa de peso, Estudo das proporções externas, Escolha da perfilagem, Retrabalho da configuração externa, Relatório descritivo final.

É muito importante que sejam apresentadas as evoluções da configuração externa (incluindo todos os rascunhos e desenhos feitos a mão, desenhos feitos em CAD e desenhos em 3D) em ordem cronológica e com detalhada apresentação das razões das modificações.

Visite esta página para conhecerem os trabalhos finais (Projetos II) apresentados no ano de 2005

Atenção se o seu relatório contiver itens copiados dos relatórios apresentados por alunos de outros anos todo o item que tiver material copiado receberá nota zero (aproximadamente 10% do trabalho). Este aviso vale, sobretudo, para o item Métodos Comparativos. Não brinquem com isso!

12 - Poster sobre o projeto e maquete

Neste ano faremos uma apresentação especial sobre o projeto desenvolvido através de um poster e de uma maquete da aeronave.

O poster deve conter os principais aspectos do desenvolvimento do projeto, constando desenhos de desenvolvimento e estilo, gráficos e estimativas de desempenho, e informações que possam ser úteis para promover a aeronave, imaginando-a como um produto comercial.

Adicionalmente deve ser apresentada uma maquete em escala do projeto, a ser fabricada com o auxílio da máquina CNC do Centro de Estudos aeronáuticos da UFMG.

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