ALEACIONES DE ALUMINIO - aero.us.es€¦ · ÍNDICE 1 -p 2 0. Empresa y Departamentos 1. Hidrógeno -1.1 ¿Por qué hidrógeno? -1.2 Hidrógeno en el mundo 2. Diseño - 2.1 Evolución

CÁLCULO DE AVIONES Grupo 1

ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

2

0. Empresa y Departamentos

1. Hidrógeno

-1.1 ¿Por qué hidrógeno?

-1.2 Hidrógeno en el mundo

2. Diseño

- 2.1 Evolución del diseño

- 2.2 Diseño completo CAD

3. Propulsión

- 3.1 Pilas de combustible

- 3.2 Motor eléctrico

- 3.3 Hélices

- 3.4 Actuaciones

- 3.5 Modelo propulsivo

4. Actuaciones

- 4.1 Despegue

- 4.2 Ascenso y Crucero

- 4.3 Autonomía

- 4.4 Crucero y Descenso

- 4.5 Aterrizaje

- 4.6 Diagramas P(V)

- 4.7 Envolvente de vuelo

5. Aerodinámica

- 5.1 Objetivos

- 5.2 Perfiles Aerodinámicos

- 5.3 Dimensionamiento del Ala

- 5.4 Elementos hipersustentadores

- 5.5 Curva Polar parabólica

- 5.6 Aterrizaje

6. Estabilidad y control

- 6.1 Configuración General

- 6.2 Estabilizador Horizontal

- 6.3 Estabilizador Vertical

- 6.4 Trimado Longitudinal

- 6.5 Trimado Lateral-Direccional

- 6.6 Despegue con Motor Inoperativo

- 6.7 Estabilidad Dinámica

7. Estructuras

- 7.1 Estimación peso

- 7.2 Almacenamiento LH2

- 7.3 Distribución de pesos

- 7.4 Centro de gravedad

- 7.5 Cargas aerodinámicas

8. ¿Por qué elegir HaleHoop?

ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

3


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


4

Gru

po

1 - H

aleHo

op

0. EMPRESA Y DEPARTAMENTOS

5

Gru

po

1 - H

aleHo

op

0. EMPRESA Y DEPARTAMENTOS

ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

6


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


Gran variedad de procesos tecnológicos

para su obtención

Elemento más abundante en la Tierra 80 %

Energía limpia

Poder energético

mayor al de los combustibles

fósiles

Elemento químico más

ligero

1. HIDRÓGENO G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

7

1.1 ¿Por qué H2?

8

Gru

po

1 - H

aleHo

op

1.2 Hidrógeno en el mundo

1. HIDRÓGENO

9

Gru

po

1 - H

aleHo

op

1.2 Hidrógeno en el mundo

1. HIDRÓGENO

0

200000

400000

600000

800000

Empleos

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Millones $

ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

10


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


11

Gru

po

1 - H

aleHo

op

2. DISEÑO

Gru

po

1 - H

aleHo

op

12

Gru

po

1 - H

aleHo

op

2. DISEÑO 2.1 Evolución del diseño

13

Gru

po

1 - H

aleHo

op


14

Gru

po

1 - H

aleHo

op


15

Gru

po

1 - H

aleHo

op


16

Gru

po

1 - H

aleHo

op


Diseño Primera Entrega

Longitud fuselaje (m) 34.9

Diámetro fuselaje (m) -

Envergadura ala (m) 64.5

Envergadura HTP (m) 21.5

Envergadura VTP (m) 10.75

Diseño Segunda Entrega

Longitud fuselaje (m) 27

Diámetro fuselaje (m) 2.7


Envergadura HTP (m) 15

Envergadura VTP (m) 5

Diseño Tercera Entrega


Diámetro fuselaje (m) 3




Diseño Final


Diámetro fuselaje (m) 2.806




17

Gru

po

1 - H

aleHo

op

2. DISEÑO 2.2 Diseño completo CAD

Configuración General:

18

Gru

po

1 - H

aleHo

op


Fuselaje y Componentes Internos:

19

Gru

po

1 - H

aleHo

op


Detalle de la toma de aire para la refrigeración:

20

Gru

po

1 - H

aleHo

op


Detalle de la toma de aire para la refrigeración:

21

Gru

po

1 - H

aleHo

op


Grupo Alar:

22

Gru

po

1 - H

aleHo

op


HTP, VTP y Pods:

ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

23


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


3. PROPULSIÓN

2.1 Pilas de combustible

Gru

po

1 - H

aleHo

op

24

Symbio FCell

Materiales: Fibra de carbono y aluminio

Potencia: 340 kW

Peso: 320 kg

Rendimiento: 0,8

3. PROPULSIÓN

3.1 Pilas de combustible

Gru

po

1 - H

aleHo

op

25

Green GT H2

Primer coche eléctrico en correr las 24 horas de Le Mans edición especial coches

eléctricos(2012)

Propulsado por hidrógeno

Velocidad punta: 300 km/h

26

Gru

po

1 - H

aleHo

op

3. PROPULSIÓN

3.2 Motores eléctricos

BMW i3

Primer coche eléctrico que se produce en serie

Cero emisiones

Autonomía: hasta 200 km

Potencia: 125 kW

3. PROPULSIÓN


Gru

po

1 - H

aleHo

op

27

Lohner-Porsche Mixte Hybrid

Primer coche híbrido de la historia, desarrollado en el año 1900

2 motores eléctricos con tecnología in-wheel de 14 hp cada uno

3. PROPULSIÓN


Gru

po

1 - H

aleHo

op

28

Hi-Pa Drive (Protean Electric)

Motor incluido en la rueda

120 kW de Potencia

Peso= 25kg

3. PROPULSIÓN


Gru

po

1 - H

aleHo

op

29

3. PROPULSIÓN

3.3 Hélices

Gru

po

1 - H

aleHo

op

30

Ivoprop Magnum

Paso variable

Muy ligera: 12.11 Kg

Diámetro: 1,79 m

Rendimiento: 0,82

Fabricada en composites

3.5 Modelo propulsivo

Gru

po

1 - H

aleHo

op

31

3. PROPULSIÓN

32

Gru

po

1 - H

aleHo

op

3. PROPULSIÓN


FADEC

Control Ancho de pulso

Señal a pila de combustible

Intensidad a motor

Motor CC


Gru

po

1 - H

aleHo

op

33

3. PROPULSIÓN

3.6 Mejoras Futuras: RAT

Uso común: casos de emergencia

Uso en HH TOP: generación de potencia extra con los conjuntos propulsivos que no estén en uso durante loiter y crucero

34

Gru

po

1 - H

aleHo

op

3. PROPULSIÓN


3. PROPULSIÓN G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

RAT RAT

Motor Activo Motor Activo

En Crucero y Loiter

3. PROPULSIÓN


Hélice Alternador Rectificador Batería

Componentes del Sistema RAT

ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

37


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


4.1 Despegue

Potencia Máxima Disponible 2400 kW

Distancia de Rodadura 1529 m

Distancia hasta los 50 ft 288,4 m

TOTAL DESPEGUE 1817,4 m

DESPEGUE PISTA MOJADA 2090 m

38

Gru

po

1 - H

aleHo

op

4. ACTUACIONES

4.2 Ascenso y crucero

Ascenso Primer Tramo: ROC 3,86 m/s

Segundo Tramo: ROC 2,95 m/s

Tercer Tramo: ROC 1,49 m/s

Distancia horizontal recorrida: 733,5 km

Crucero ida Velocidad 142 m/s

Distancia recorrida en crucero 2966,5 km

Vuelo a CLopt

39

Gru

po

1 - H

aleHo

op

4. ACTUACIONES

4. ACTUACIONES

4.3 Autonomía

Carga alar

Velocidad

Autonomía 37,5 horas

5 Tramos de 7,5 horas

40

Gru

po

1 - H

aleHo

op

- Inicial 2983,75 Pa

- Final 2500,63 Pa

- Inicial 137 m/s

- Final 127 m/s

4.4 Crucero y Descenso

Crucero de vuelta

CLopt

Velocidad de crucero: 128 m/s

Descenso

Motor a ralentí

Ángulo de planeo 0,76º

Recorremos una distancia horizontal de 923,7 km

Gru

po

1 - H

aleHo

op

4. ACTUACIONES

4.5 Aterrizaje

Motor a ralentí

Fase de aproximación Flaps a 20º

Fase de rodadura

en pista

Distancias

Distancia total (factor de seguridad 1.666): 1495 m 42

- Flaps a 40º

- CL=0

- Aproximación: 257,37 m

- Flare: 73,3 m

- Rodadura libre: 246,4 m

- Segmento de frenado: 320,46 m

Gru

po

1 - H

aleHo

op

4. ACTUACIONES

4.6 Diagramas P(V)

Potencia Disponible/Potencia Necesaria Crucero

43

Gru

po

1 - H

aleHo

op

4. ACTUACIONES

Potencia Disponible/Potencia Necesaria Loiter

44

Gru

po

1 - H

aleHo

op

4. ACTUACIONES

0 50 100 150 200 2500.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5x 10

6 Loiter 5

Velocidad [m/s]

Pote

ncia

[W

]

4.7 Envolvente de vuelo

45

Gru

po

1 - H

aleHo

op

4. ACTUACIONES

4.8 Líneas de mejora

Aumento de la autonomía

Disminución de peso

Menor cantidad de agua almacenada

Aprovechamiento del sistema RAT

Despegue con motor inoperativo

Diseño menos conservativo

46

Gru

po

1 - H

aleHo

op

4. ACTUACIONES

ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

47


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


48

Gru

po

1 - H

aleHo

op

5. AERODINÁMICA

5.1 Objetivos

Dimensionamiento ala

Dimensionamiento estabilizadores

PERFILES

POLAR Actuaciones

5. AERODINÁMICA

5.2 Perfiles Aerodinámicos

49

Gru

po

1 - H

aleHo

op

FX66H80 LNR1015

5. AERODINÁMICA


S-3021 Modificado

50

Gru

po

1 - H

aleHo

op

Clo

0.3

Clo

0.666

Espesor

51

Gru

po

1 - H

aleHo

op

Clα (1/rad) 6.69

Clmax 1.62

Cl0 0.66

Cmo -0.131

Cmα - 0.008

5. AERODINÁMICA


5. AERODINÁMICA

52

Gru

po

1 - H

aleHo

op


NACA 0015

Clα (1/rad) 7.23

Clmax 1.37

Cl0 0

Cmo -0.001

Cmα 0

HT VT

53

Gru

po

1 - H

aleHo

op

5. AERODINÁMICA

5.3 Dimensionamiento del Ala

Tramos de diseño: CRUCEROS - LOITER

· Sustentación necesaria: Winicio loiter ≈ 0.7 · W0

· Sustentación disponible: Ldisp = Lala + LHT

DATOS AVIÓN: LHT ≈ - 0.3 · Lala

PESO DE DISEÑO: W0

5. AERODINÁMICA

5.3 Dimensionamiento del Ala

54

Gru

po

1 - H

aleHo

op

Swing=80m2

λ = 0.3

b = 41 m

c = 3m

CL loiter ≈ 1 CLmax = 1.35

5. AERODINÁMICA

5.4 Elementos hipersustentadores

55

Gru

po

1 - H

aleHo

op

Slotted Flaps

20% Cuerda

45% Superficie

Take Off

30º

Landing

40º Landing

20º

5. AERODINÁMICA 5.5 Curva Polar Parabólica

56

Gru

po

1 - H

aleHo

op

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.140

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

CD

CL

Curva Polar

Climb

Cruise

Loiter

Descend

Take-Off

Landing

Eloiter ≈ 26

5. AERODINÁMICA 5.5 Curva Polar Parabólica NO COMPENSADA

57

Gru

po

1 - H

aleHo

op

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.110

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

CD

CL

Curva Polar No Compensada

Climb

Cruise

Loiter

Descend

Take-Off

Landing

58

Gru

po

1 - H

aleHo

op

5. AERODINÁMICA

5.6 Aterrizaje

LONGITUD

7000 ft

¿Suficiente? NO

Timón de profundidad

: δ<0

Spoilers

Pista mojada: μ<<

SÍ

ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

59


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


6. ESTABILIDAD Y CONTROL

6.1 Configuración general • Cola tradicional

• Incidencia del ala: 3.28o

• Sistema de control del CDG

60

Gru

po

1 - H

aleHo

op


6.2 Estabilizador horizontal

• Superficie: 13.6 m2

• Envergadura: 9.71 m

• Cuerda media: 1.4 m

• Alargamiento: 6.94

6.2.1 Timón de profundidad

• Superficie: 36% del HTP

• Envergadura: 100% del HTP

61

Gru

po

1 - H

aleHo

op


6.3 Estabilizador vertical

• Superficie: 11 m2

• Envergadura: 6.29 m

• Cuerda media: 1.75 m

• Alargamiento: 3.59

62

Gru

po

1 - H

aleHo

op


6.3.1 Rudder

• Superficie: 30% del VTP

• Envergadura: 100% del VTP

6.3.2 Alerones

• Envergadura: 30% del ala

• Superficie: 6 m2

63

Gru

po

1 - H

aleHo

op


6.4 Trimado longitudinal

64

Gru

po

1 - H

aleHo

op

Factor de carga: 1.05 Timón de profundidad: [4.35o, 4.46o]

Ángulo de ataque: [0.37o, 0.73o] Resistencia de trimado= 0.0043


6.5 Trimado lateral-direccional

65

Gru

po

1 - H

aleHo

op

Resbalamiento: [ 2.67o, 3o]

Rudder: [5.3o, 6.06o] Alerones: [-2.72o, -3.1o]


6.6 Despegue con motor inoperativo

• Ángulo de balance: 4.2870o

• Rudder: 18.2058o

• Alerones: 13.4898o

66

Gru

po

1 - H

aleHo

op


6.7 Estabilidad dinámica

• Modos estables

• Modo espiral: inestable

• Cumplimiento MIL-F-8785C

• Elección punto de operación

67

Gru

po

1 - H

aleHo

op


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

68

7. ESTRUCTURAS

7.1 Evolución

69

Gru

po

1 - H

aleHo

op

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

Marzo Mayo Junio

First Sizing

Método Multiplicadores Lineales

Raymer y diseño

25301 Kg

7. ESTRUCTURAS

7.2 Estimación Final

70

Gru

po

1 - H

aleHo

op

RAYMER + DISEÑO Weight (kg)

Wing 2722

Horizontal tail 208

Vertical tail 330

Main gear 399

Nose gear 170

Installed engine 548,44

Fuel system 2880

Fuselage 4381

Avionics and flight controls 350

Hydraulics 10

Electrical 3,351

TOTAL 12001,94

Laser 6000

Sensores 299,72

EMPTY WEIGHT 18301,16

LH2 7000

TOGW 25301,16

Item Posición cdg en eje X (m)

Wing 13,28 Horizontal tail 28,2

Vertical tail 28,2 Main landing gear 13,39 Nose landing gear 7,89 Installed engine 12

Fuselage 27,147 Fuel system A 4,267

Fuel system B1 27,747 Fuel system B2 28,247 Fuel system B3 14,75

Flight control and avionics 21

Hydraulics 19 Electrical 18

Laser 2,04

Sensores 28,2

LH2 15,657

Centro de gravedad (m) 13,1108

7. ESTRUCTURAS


71

Gru

po

1 - H

aleHo

op

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

0.5

1

1.5

2

2.5

3x 10

4

Tiempo

LH2 kg

H20 kg

Peso kg

7. ESTRUCTURAS


72

Gru

po

1 - H

aleHo

op

15%

1%

2% 2%

1%

3%

16%

24% 2% 0%

0%

33%

1%

Peso en Vacío

Wing Horizontal tail

Vertical tail Main gear

Nose gear Installed engine

Fuel system Fuselage

Avionics and flight controls Hydraulics

Electrical Laser

Sensores

58% 22%

20%

TOGW

EMPTY WEIGHT

LH2

Carga de Pago

7. ESTRUCTURAS

7.3 Sistemas eléctrico <250 metros cableado.

Hasta 6 km de cable sin pérdida energética

73

Gru

po

1 - H

aleHo

op

7.4 Tanque LH2 Wtank ≈ 5% Wpropellant

7. ESTRUCTURAS

74

Gru

po

1 - H

aleHo

op

Masa (kg) Volumen (m3) Diámetro(m) Longitud(m) Densidad(Kg/m3)

Total 756441,610 2028,700 8,4 46,9 372,87

Vacío 35425,379 34,682 8,4 46,9 1021,42

LH2 102618,840 1451,820 70,682

LO2 616493,219 542,197 1137,020

Combustible 719112,060 1994,017 360,634

TankLH2 ≈ 21963,734* 47,435 8,4 29,6 463,025

TankLH2 Total ≈124582,575 1499,255 8,4 29,6 83,0962

Fuselaje

Tanque LH2

7.5 Cargas Aerodinámicas

7. ESTRUCTURAS

75

Gru

po

1 - H

aleHo

op

CDG

7.5 Cargas Aerodinámicas

7. ESTRUCTURAS

76

Gru

po

1 - H

aleHo

op

CDG


1. Hidrógeno

2. Diseño

3. Propulsión

4. Actuaciones

5. Aerodinámica


7. Estructuras


ÍNDICE G

rup

o 1

- HaleH

oo

p

77

78

Gru

po

1 - H

aleHo

op

7. ¿POR QUÉ ELEGIR HALEHOOP?

7.1 Avión cero emisiones – Avión verde

79

Gru

po

1 - H

aleHo

op

7. ¿POR QUÉ ELEGIR HALEHOOP?

7.2 Gran autonomía

Más de “37” horas en loiter

¡¡167% del RFP!!

80

Gru

po

1 - H

aleHo

op

MUCHAS GRACIAS

Preguntas

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