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PROYECTO INTEGRADOR “Diseño de Flaps para aeronave tipo Stol” • Juan David Fresneda Gomez • Juan Felipe Ramos

• • • •

Miguel Sánchez Montoya Diana Liz Rodríguez Rolon Darwin Andrés Santillán Mejía Diego Morales Villada

INTRODUCCION En la presentación se podrán encontrar la investigación de los dos avances del proyecto integrador, corresponde a un diseño de manera analítica, una propuesta de solución de diseño con su respectivo CAD y un análisis correspondiente a velocidad y aceleración del mecanismo. En los avances se define el problema, se reúne información pertinente y se generar múltiples soluciones, las cuales se analizaron posteriormente y de las cuales se selecciono una solución, también se hace una prueba o implementación de la solución de igual forma encontrar el proceso de selección, planos del bosquejo del diagrama estructural, cinemáticos un análisis de velocidad del mecanismo y fuentes cruciales para la realización de este proyecto.

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Selección De La Aeronave, Categoría De La Aeronave, Especificar Dimensiones Principales.

Casa 212

Dornier 328 turboprop

Cessna skycourier

Entra las especificaciones establecidas por el concurso encontramos: una aeronave tipo Stol, que cumpla con los requerimientos de las fac 25 en territorio nacional.

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CASA 212 • • • • • • • • • • •

Aeronave tipo: transporte de despegue corto Planta motriz: 2 motores Garret AlReseach TPE-331 Envergadura: 19 metros Longitud: 15.55 metros Altura: 6.32 metros Superficie alar: 40 metros^2 Peso: 3250 kg vacío, 6000 kg máximo Velocidad: 380 km/h Techo: 7500 metros Autonomía: 1920 km Carga: 2000 kg

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CESSNA SKYCOURIER • • • • • • • • • •

Longitud: 54 pies 10 pulgadas Alto: 19 pies 9 pulgadas Envergadura: 72 pies Longitud del campo de despegue: 3300 pies Velocidad máxima de crucero: 370 km/h Rango máximo: 1667 km Rango de carga (con carga útil de 5000 lb): 741 km Techo de servicio: 25000 pies Pasajeros máximos: 19 pasajeros Carga máxima 6000 lb

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Dornier 328 turboprop • • • • • • • • •

Longitud: 21.11 metros Alto: 7.24 metros Envergadura: 40 m^2 Motores: 2 Pratt & Whitney Canadá PW 119B con 1400 kW cada uno Velocidad crucero: 620 km/h Rango máximo: 1352 km Techo de servicio: 25000 pies Carga útil máxima: 3450 kg Pasajeros: 30 pasajeros

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ANALISIS DE REQUERIMIENTOS DE DISEÑO PARA LA AERONAVE TIPO STOL • Este análisis se basará en los requisitos del FAR 25, el cuál rige el diseño, el mantenimiento, la estructura, entre otras, para las aeronaves de categoría de transporte, que también entran en la categoría de aeronaves tipo STOL, las cuales nos ayudan a tener una mayor accesibilidad a zonas remotas, a las cuales no se puede acceder tan fácilmente y que necesitan una corta pista tanto de despegue como te aterrizaje. • Para desarrollarlo, se va a tomar en cuenta las características principales de cada aeronave que le puede dar un mejor rendimiento y un mejor resultado a lo que se espera. Con la finalidad de poder darle una gran respuesta a las modificaciones que se le vayan a hacer y que pueda cumplir todas las condiciones propuestas.

• También se tendrá en cuenta el tipo de flap que se utiliza en la aeronave que se adapte mejor en la aeronave propuesta y que genere una mejor adaptación a las necesidades que se tienen. PROYECTO INTEGRADOR

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Características generales de aeronaves analizadas REQUERIMIENTOS AERONAVE

1

2

3

4

5

6

CASA 212

Si

Si

26

Si

2815 kg

8000 kg

CESSNA SKYCOURIER

No

No

19

Si

2722 kg

7865 kg

DORNIER 328

No

No

30

Si

3450 kg

13990 kg

DORNIER 228

Si

Si

19

Si

1710 kg

6575 kg

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1. Acceso a zonas remotas 2. Despegue y aterrizaje en pistas cortas 3. Capacidad máxima de 19 pasajeros 4. Alta frecuencia en ciclos de corto vuelo 5. Capacidad de carga media aprox. 2 tn 6. MTOW 8618 kg

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SELECCION DE LA PROPUESTA DEL SISTEMA DE FLAP MATRIZ DE DESICION El diseño de una propuesta no aparece de repente y para eso se utiliza una metodología que cumpla con una serie de pasos que pueden ser secuenciales los cuales pueden ser de utilidad para hacer una buena tarea de diseño, la metodología que se utilizó se basa en la lectura proceso de diseño en la ingeniería.[1]

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MATRIZ DE SELECCION

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INFORMACION PERTINENTE • TIPOS DE FLAPS

Double –slotted fowler flap Este tipo de flap genera un máximo porcentaje de sustentación del 100%, este flap al momento de extenderse se despliega en dos etapas la primera donde podemos ver la primera ranura en el borde de salida, la segunda etapa del despliegue del flap, es otra parte de este que se mueve hacia abajo en este punto se presenta la segunda ranura. La posición del flap donde presenta su máximo de sustentación es en 20 grados. [3]

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INFORMACION PERTINENTE • Krueger Flap.

Este tipo de flap ayudan a aumentar la sustentación en un máximo de 50%, este flap es instalado en el borde de ataque del ala, solo tiene una etapa al momento de su extensión, que es cuando se despliega. La posición del flap donde presenta su máximo de sustentación es en 25 grados.[3]

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• Slat And Slotted Flap.

Este tipo de flap ayuda a aumentar la sustentación en un máximo de 75%, este flap está ubicado en el borde de salida del ala, al momento de extenderse se despliega en una sola etapa, la parte del slat está ubicada en el borde de ataque y se extiende de forma automática. La posición del flap donde presenta su máximo de sustentación es en 25 grados. 11

INFORMACION PERTINENTE • Slat And Double –Slotted Fowler Flap.

Este tipo de flap ayuda a aumentar la sustentación en un máximo de 120%, este flap al momento de extenderse se despliega en dos etapas la primera donde podemos ver la primera ranura en el borde de salida, la segunda etapa del despliegue del flap, es otra parte de este que se mueve hacia abajo en este punto se presenta la segunda ranura. Adicional a esto tiene un slat que está ubicado en el borde de ataque, este también ayuda a aumentar la sustentación. La posición del flap donde presenta su máximo de sustentación es en 25 grados. Una de las desventajas de este flap es su mecanismo que es más complejo que los otros tipos, pero es la mejor combinación para la sustentación, este también puede contrarrestar el momento de pitching.

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• Slotted Wing.

Este tipo de flap ayuda a aumentar la sustentación en un máximo de 40%, este flap como el krueger flap es instalado en el borde de ataque, una de las ventajas de este tipo de flap es que do genera mucho drag a altas velocidades. La posición del flap donde presenta su máximo de sustentación es en 20 grados.[3]

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ANALISIS Y SELECCIÓN DE LA SOLUCION Como modelos para el estudio se escogió los sistemas de flaps de las dos aeronaves con mayor puntaje que este caso corresponde al casa 212 y al dornier do 228.

corregir

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IDENTIFICACION, COMPONENTES Y DISPOSICION GENERAL DEL SISTEMA DE FLAP

Los flaps utilizados en las aeronaves actuales son estructuras muy complejas ya que están formadas por dos o tres series de cada lado, y tres o cuatro planos sucesivos, que se van a ir desplegando y dejando una ranura entre cada uno de ellos.[4]

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PERFILES NACA Los perfiles naca se encuentran clasificados y ordenados en un catálogo. Cada perfil se identifica por la palabra NACA seguido de un conjunto de números, los cuales determinan las dimensiones geométricas del perfil. La clasificación se determina así: Perfil de cuatro cifras Perfil de cinco cifras Perfil 4 y 5 cifras modificado Perfil serie 1 Perfil serie 2 Perfil serie 7 Perfil serie 8 PROYECTO INTEGRADOR

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PERFIL ALAR CLARK-Y

El Clark y Este tipo de perfil fue desarrollado por la NACA en la década de los 30’s, se caracteriza por su excelente geometría del perfil, el primer digito nos determina la curvatura en porcentaje de la cuerda, el segundo digito se refiere a la localización de la curvatura máxima en términos de la cuerda geométrica y los dos últimos dígitos al espesor máximo de la cuerda. Gracias al rendimiento de vuelo que ofrece la sección en los flujos de aire de número medio de Reynolds. Las aplicaciones en modelos de aviones son muy amplias.

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EL ACTUADOR DE ALETA Es un dispositivo mecanico utilizado en los sistemas flaps de las aeronaves, son superficies de control que se pueden ajustar en el borde posterior del ala donde este se extiende o retrae para poder ajustar el perfil y la superfie del ala para mejorar el vuelo eficientemente en condiciones de velocidades bajas. El actuador plana conciste en un tipo de mecanismo de tornillo de avance que es impulsado por un motor electrico o hiraulico. El actuador esta ubicado en una posicion fija dentro del ala y tiene una tuerca de pasar el tornillo de avance con un soporte integral unido al conjunto de lengüeta, cuando se activa el actuador , el torniño comienza a girar,moviendo la tuerca hacia arriba y hacia abajo de su longitud cuando el tornillo gira

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ANALISIS DE VELOCIDAD • 𝐿3 = 𝐿1 + 𝐿2 Ecuación de Cierre • 𝐿1 ⅇ ⅈ𝜃1

Euler

(1) (2)

• 𝐿1 (𝑐𝑜𝑠𝜃1 + 𝑖𝑠ⅇ𝑛𝜃1) Algebra compleja (3)

• • VELOCIDAD • 𝐿3 − 𝐿1 − 𝐿2 = 0 • 𝐿3 ⅇ ⅈ𝜃3 − 𝐿1 ⅇ ⅈ𝜃1 − 𝐿2 ⅇ ⅈ𝜃2 = 0 • 𝐿ሶ 3 ⅇ ⅈ𝜃3 − 𝐿1 𝑖𝑤1 ⅇ ⅈ𝜃1 − 𝐿2 𝑖𝑤2 ⅇ ⅈ𝜃2 = 0 • 𝐿ሶ 3 𝑐𝑜𝑠𝜃3 + 𝑖𝑠ⅇ𝑛𝜃3 − 𝐿1 𝑤1 𝑐𝑜𝑠𝜃1 + 𝑖𝑠ⅇ𝑛𝜃1 − 𝐿2 𝑤2 𝑐𝑜𝑠𝜃2 + 𝑖𝑠ⅇ𝑛𝜃2 = 0

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ANALISIS DE ACELERACION 𝐿3 = 𝐿1 + 𝐿2 Ecuación de Cierre (1) 𝐿1 ⅇ ⅈ𝜃1 Euler (2) 𝐿1 (𝑐𝑜𝑠𝜃1 + 𝑖𝑠ⅇ𝑛𝜃1) Algebra compleja (3) ACELERACION 2 2 𝐿ሷ 3 ⅇ ⅈ𝜃3 − 𝛼1 𝐿1 𝑖ⅇ ⅈ𝜃1 − 𝐿1 𝑤1 ⅇ ⅈ𝜃1 − 𝛼2 𝐿2 𝑖ⅇ ⅈ𝜃2 − 𝐿2 𝑤2 ⅇ ⅈ 𝜃2 = 0 CORIOLIS

ⅈ𝜃 𝑎𝑝 = 𝑝 ∝ 𝑖ⅇ ⅈ𝜃 − 𝑝𝑤 2 ⅇ ⅈ𝜃 + 𝑝ⅇ ሷ ⅈ𝜃 + 2𝑝𝑤𝑖ⅇ ሶ

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TABLAS DE ANALISIS Φ1

Φ2

Φ3

L1

L2

L3

W1

W2

W3

a1

a2

a3

1,6

-0,01814734

0

113,46

182,56

907,292968

8

-0,14517869

0

0,15

12,8

0,00263461

3,2 4,8

-0,62043452 0,05438012

0 0

113,46 113,46

182,56 182,56

-52,9850425 -904,198692

8 8

-4,96347613 0,43504096

0 0

0,15 0,15

25,6 38,4

3,07951191 0,02365758

6,4

0,61725877

0

113,46

182,56

105,7893823

8

4,93807015

0

0,15

51,2

3,0480671

8

-0,09042744

0

113,46

182,56

898,0206933

8

-0,72341954

0

0,15

64

0,06541698

9,6 11,2 12,8

-0,61197789 0,12616637 0,6046099

0 0 0

113,46 113,46 113,46

182,56 182,56 182,56

-158,232933 -888,780041 210,136838

8 8 8

-4,89582314 1,00933093 4,83687918

0 0 0

0,15 0,15 0,15

76,8 89,6 102,4

2,99613553 0,12734362 2,92442503

14,4

-0,16147501

0

113,46

182,56

876,5082506

8

-1,29180005

0

0,15

115,2

0,20859342

16 17,6

-0,59517991 0,19623294

0 0

113,46 113,46

182,56 182,56

-261,324082 -861,247174

8 8

-4,76143929 1,56986356

0 0

0,15 0,15

128 140,8

2,83391302 0,30805895

19,2

0,58372009

0

113,46

182,56

311,6200946

8

4,66976076

0

0,15

153,6

2,72583319

20,8

-0,23032164

0

113,46

182,56

843,0488581

8

-1,84257313

0

0,15

166,4

0,42438447

22,4 24

-0,57026953 0,26362484

0 0

113,46 113,46

182,56 182,56

-360,853342 -821,975368

8 8

-4,56215625 2,10899869

0 0

0,15 0,15

179,2 192

2,60165871 0,55598444

25,6

0,55487409

0

113,46

182,56

408,8559186

8

4,43899274

0

0,15

204,8

2,46308207

27,2

-0,29602895

0

113,46

182,56

798,0985726

8

-2,36823163

0

0,15

217,6

0,70106513

28,8 30,4 32

-0,53758628 0,32742348 0,51846507

0 0 0

113,46 113,46 113,46

182,56 182,56 182,56

-455,464113 -771,499904 500,51897

8 8 8

-4,30069028 2,61938783 4,14772053

0 0 0

0,15 0,15 0,15

230,4 243,2 256

2,31199211 0,85764908 2,1504482

33,6

-0,35770134

0

113,46

182,56

742,2700739

8

-2,86161075

0

0,15

268,8

1,02360201

35,2 36,8

-0,49757565 0,38675929

0 0

113,46 113,46

182,56 182,56

-543,866833 -710,50877

8 8

-3,9806052 3,09407429

0 0

0,15 0,15

281,6 294,4

1,98065222 1,19666196

38,4

0,47498928

0

113,46

182,56

585,3598666

8

3,79991421

0

0,15

307,2

1,8049185

0

113,46

182,56

676,3243135

8

-3,31598565

0

0,15

320

1,3744701

40 -0,41449821 PROYECTO INTEGRADOR

20

BOSQUEJO CINEMATICO Y CAD DEL MECANISMO

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21

I

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