jr04 projeto de jato regional desenvolvido para transportar 120 passageiros caio augusto t. moura...

JR04

Projeto de Jato Regional desenvolvido para transportar 120 passageiros

Caio Augusto T. MouraEduardo Coda MachadoFabrício Elias J. di Salvo Fernando Forte CoboLucio Carlos Signore JuniorMárcia Maria R. FernandezRaphael Levy C. do Lago Renan Franco Corrêa

Projeto de Aeronaves II Professor Responsável: Álvaro Martins Abdalla

Professor Responsável Álvaro Martins Abdalla

2

NO SEMESTRE PASSADO...Projeto Conceitual

- Viabilidade Técnica e comercial

- Filosofias de projeto

- Estudos Paramétricos

- Estimativas iniciais de peso

- Dimensionamentos Iniciais

- Análise de Desempenho

- Estimativa de Arrastos

- Potência

- Carregamentos na asa

- Estabilidade em cruzeiro

30/11/2009


3

NESTE SEMESTRE...Projeto Preliminar

- Compromisso- Cargas de Vôo- Aerodinâmica- Elementos Estruturais- Análise de Custos- Desempenho- JR04 x E190

30/11/2009

Projeto de Aeronaves II 4

Compromisso

Projeto de Aeronaves II 5Grupo 4

Asa Baixa

Motor Turbofan de Alta Derivação

Diedro Positivo

Enflechamento Positivo

Trem de Pouso Triciclo

Empenagem Convencional

Disposição das saídas

1 Corredor

• Compromisso• Desempenho• Desenhos• Cargas de Vôo• Aerodinâmica• Aeroacústica• Elementos

Estruturais• Análise de

Custos• JR04 x E190• Maquete

Eletrônica


Desempenho


7Grupo 4

ANÁLISE DE DESEMPENHO

• Estol

30/11/2009

120 140 160 180 200 220 240 260 2800

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Velocidade de Estol - Limpo

Velocidade em Knots

Altit

ude

em m

ilhar

de

pé• Compromisso• Desempenho• Desenhos• Cargas de Vôo• Aerodinâmica• Aeroacústica• Elementos



Eletrônica


8Grupo 4


• Decolagem

30/11/2009

7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 105000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

BFL x Altitude

BFL (ft)

Altit

ude

(ft)• Compromisso

• Desempenho• Desenhos• Cargas de Vôo• Aerodinâmica• Aeroacústica• Elementos



Eletrônica


9Grupo 4


• Subida

30/11/2009

0 0.5 1 1.5 2 2.5 302468

10121416

Cl/Cd x Cl - Take-off Gear Up

Cl

Cl/C

d




Eletrônica


10Grupo 4


• Teto Máximo

30/11/2009

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000-500

0500

10001500200025003000350040004500

Determinação do Teto

Razão de Subiida (fpm)

Altit

ude

(ft)

Tempo de subida = 15 minutos




Eletrônica


11Grupo 4


• Cruzeiro

30/11/2009

100 200 300 400 500 600 700 800 9000

10000

20000

30000

40000

50000

60000

D x V para 35000 ft - Clean

D(Total)InduzidoParasita

V (ft/s)D

(libr

as)




Eletrônica


12Grupo 4


• Cruzeiro

30/11/2009

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 400054651

59651

64651

69651

74651

79651

Carga Paga x Alcance

Alcance (nm)

Peso

Vaz

io O

pera

ciona

l +

Car

ga P

aga

(lbs)




Eletrônica


13Grupo 4


• Manobras

30/11/2009

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

n=1,5n=2n=3n=3,8

Velocidade em knots

Taxa

de

Curv

a em

gra

us/s

egun

dos




Eletrônica


14Grupo 4


• Descida e Planeio

30/11/2009

1050 1100 1150 1200 12500

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Razão de Descida em Planeio

Velocidade vertical em pés/minuto

Altit

ude

em p

és




Eletrônica


15Grupo 4


• Pouso

30/11/2009

Altitude (ft) SL (ft)

0 4712,7451000 4853,4332000 4998,5383000 5150,2184000 5306,3595000 5482,9786000 5637,5067000 5813,0388000 5993,4329000 6185,3811000 6379,114




Eletrônica

Desenhos


17Grupo 4

Vista Superior

30/11/2009




Eletrônica


18Grupo 4

Vistas Frontal e Lateral

30/11/2009




Eletrônica


Cargas de Vôo


20Grupo 4

descrição peso W (lb) X (m) % CMA1 Peso Vazio 54651,702 comb. Min 35713 oleo 266,5 4 piloto 1705 peso min op. 58659,20 59,2 10,291

6 tripulantes 850 7 peso parcial(5+6) 59509,20 59,1 10,2658 passageiros 16320 9 peso parcial(7+8) 75829,20 59 10,24010 bagagem 9216 11 peso parcial(9+10) 85045,20 60 10,49612 comb. 18905 13 peso total 103950,20 60,3 10,57314 combustivel total 22476 15 peso parcial(5+14) 81135,20 60,4 10,59816 bagagem 9216 17 peso

parcial(15+16)90351,20 61 10,752

18 co-piloto 170 19 peso

parcial(17+18)90521,20 60,9 10,726

20 passageiros 16320 21 peso total 106841,2 62 11,008

58.5 59 59.5 60 60.5 61 61.5 62 62.555000.000

65000.000

75000.000

85000.000

95000.000

105000.000

Eixo de Referência: Nariz da Aeronave

Diagrama: Peso X Posição do C.G.

Diagrama de Passei do C.G.

Passeio do C.G.

CARGAS DE VÔO

30/11/2009




Eletrônica

21Grupo 4

Fator de carga positivo: 2,5 < n1 < 3,8Fator de carga negativo: -1,5 < n2 < -1

30/11/2009

CARGAS DE VÔO




Eletrônica


Aerodinâmica


23Grupo 4

AERODINÂMICA

• Análises realizadas:– Método dos painéis

• Validação do programa• Otimização do aerofólio• Análise do aerofólio escolhido

• CFD (Computacional Fluid Dynamics)– Análise da asa para 3º e 12º de ângulo de

ataque

• Análise em Túnel de Vento

30/11/2009




Eletrônica


Validação do QFLR5




Eletrônica

Para a validação, forma utilizados os seguintes aerofólios como parametro:

– NACA 2212– NACA 2415– NACA 6315– NACA 4209


Validação do QFLR5

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Cl x Alfa

Alfa

Cl

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Cl x Alfa

NACA RPT 460QFLR5

Alfa

Cl

-10 -5 0 5 10 15 20 25 300

0.5

1

1.5

2

Cl x Alfa

Alfa

Cl

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Clx alfa

Alfa

Cl• Compromisso• Desempenho• Desenhos• Cargas de Vôo• Aerodinâmica• Aeroacústica• Elementos



Eletrônica


Aérofólio Base




Eletrônica


27Grupo 4

Método dos Painéis - ASA

30/11/2009




Eletrônica


Nosso Aerofólio




Eletrônica


29Grupo 4


30/11/2009

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.3-0.2-0.1

00.10.20.30.40.50.6

Cl x Alfa

Alfa

Cl

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.50

5

10

15

20

25

30

35

Transição no Extradorso

GrummanJR04

Alfa

% d

a co

rda

-3.000 -2.000 -1.000 0.000 1.000 2.000 3.0000

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

kcp

Alfa

Porc

enta

gem

da

cord

a

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Cl x Alfa

Alfa

Cl• Compromisso• Desempenho• Desenhos• Cargas de Vôo• Aerodinâmica• Aeroacústica• Elementos



Eletrônica


30Grupo 4


30/11/2009




Eletrônica


Asa com winglets




Eletrônica


32Grupo 430/11/2009





Eletrônica


33Grupo 430/11/2009





Eletrônica


34Grupo 430/11/2009

Método dos Painéis - EH




Eletrônica


35Grupo 430/11/2009

Método dos Painéis - EV




Eletrônica


36Grupo 430/11/2009

CFD - ASA




Eletrônica


37Grupo 430/11/2009

X 25315 NY 134655 N

CFD - ASA




Eletrônica


38Grupo 430/11/2009

X 4234,36 NY 536618 N

CFD - ASA




Eletrônica


39Grupo 430/11/2009

Túnel de Vento - ASA

Angelim Pedra Bruto

Selante

Modelagem




Eletrônica


40Grupo 430/11/2009

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

-5

0

5

10

15

20

L/D Re 20.000

ExperimentalQFLR5

Alfa

L/D





Eletrônica


41Grupo 430/11/2009




Eletrônica



-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

-5

0

5

10

15

20

L/D Re 20.000

ExperimentalQFLR5

Alfa

L/D

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

-10

-5

0

5

10

15

20

25

L/D Re 23000

Alfa

L/D





Eletrônica






Eletrônica

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Cl x Alfa Re 20.000

ExperimentalQFLR5

Alfa

Cl

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Cl x Alfa Re 23000

Alfa

Cl






Eletrônica

-4 -2 0 2 4 6 8 10 120

0.010.020.030.040.050.060.070.080.09

0.1

Cd x Alfa Re 20.000

ExperimentalQFLR5

Alfa

Cd

-4 -2 0 2 4 6 8 10 120

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

Cd x Alfa Re 23000

Alfa

Cd


Aeroacústica


46Grupo 4

Ruído

Os bons resultados estão na faixa de 894-1118 Hz na faixa de 1414-1688 Hz.

Abaixo disso, o ruído da asa está muito abaixo do ruído do túnel.

Como a escala do modelo é de 1/20, a frequencia do ruído real da nossa asa é 20 vezes maior que a

frequencia obtida.

A fonte tem a mesma intensidade.

O método de processamento dos resultados foi o método Tidy.

30/11/2009




Eletrônica


47Grupo 430/11/2009




Eletrônica

6 ° de ângulo de ataque


48Grupo 430/11/2009




Eletrônica

14 ° de ângulo de ataque


Elementos Estruturais


50Grupo 4

Cargas Aerodinâmicas - ASA

30/11/2009

-2.000.00

2.004.00

6.008.00

10.0012.00

14.0016.00

0.00

1,000.00

2,000.00

3,000.00

4,000.00

Sustentação L (

N)

0.002.00

4.006.00

8.0010.00

12.0014.00

16.00

-140,000.00

-120,000.00

-100,000.00

-80,000.00

-60,000.00

-40,000.00

-20,000.00

0.00

Pitching Moment

Semi envergadura

N.m

-2.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.000.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

Arrasto

Arrr

asto

(N)

• As cargas foram distribuidas e aplicadas nas junções da longarinas com as nervuras•Foi usado o fator de carga máx do envelope igual a 3,8




Eletrônica


51Grupo 4

Primeira Análise - ASA

30/11/2009

•As longarinas foram posicionadas em 15% e 70% da corda

•O perfil das longarinas foi baseado no Cessna 310k, apenas dobrando a proporção da espessura.

•Nesta análise se usou penas elementos de barra para se ter uma estimativa dos carregamentos atuantes nas longarinas.

•Carregamento distribuido 60% na principal e 40% na secundária

•Pitching Moment aplicado proporcionalmente a distância do ponto até 1/4 da corda.




Eletrônica


52Grupo 4

Resultados da Primeira Análise

30/11/2009

•Deslocamento máximo = 1.33 m•Máxima Combinada L.P = 210 Mpa•Máxima Combinada L.S = 160 Mpa•N=3,8

•Tensões muito abaixo da de escoamento, o que nos levou a diminuir a rigidez das longarinas.




Eletrônica


53Grupo 4

Segunda Análise - ASA

30/11/2009

• Perfil das longarinas proporcional ao Cessna 310k, motendo razão de proporção Alma/Flange/Espessuras

•Almas foram dimensionadas para obedecerem os perfis escolhidos para a asa.

01500

4320

11004.7829050346

13602.4833476568

16201.3271443470

100200300400500600700

Alma Longarina P

02000

40006000

800010000

1200014000

1600018000

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

Alma Longarina S




Eletrônica


54Grupo 4

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

W - L.P

020406080

100120140160180

W - L. S.

02468

1012141618

t - L.P

0123456789

t - L.S

05

101520253035

L.S t1,2

30/11/2009




Eletrônica


55Grupo 4

Resultados da Segunda Análise

30/11/2009

Longarina Principal•Máxima Combinada L.P = (240, -253) Mpa•Stress Tensor (Von Misses) = 286 Mpa•N= 1,5*3,8 (Força última)

Deslocamento Máx = 1,52 m




Eletrônica


56Grupo 430/11/2009

Longarina Secundária

•Máxima Combinada L.P = (255, -200) Mpa•Stress Tensor (Von Misses) = 300 Mpa•N= 1,5*3,8 (Força última)





Eletrônica


57Grupo 430/11/2009

Nervuras •Stress Tensor (Von Misses) = 204 Mpa•N= 1,5*3,8 (Força última)




Eletrônica



58Grupo 4

• Utilizamos as mesmas cargas obtidas do QLFR5, que foram utilizadas nas asas.•As cargas foram distribuidas e aplicadas nas junções da longarina principal com as nervuras, utilizando discretização por método dos trapézios.•Foi usado o fator de carga máx do envelope igual a 3,8•Foram considerados os seguintes carregamentos em vôo:

30/11/2009




Eletrônica

Cargas Aerodinâmicas - EH


59Grupo 430/11/2009

• Com a primeira análise, obtivemos o deslocamento máximo de 80 mm.• As tensões superficiais foram calculadas usando o critério de Von Misses, gerando uma tensão de 130 MPa • E a tensão máxima combinada de 38,9 Mpa desconsiderando as áreas de atuação das forças.• Pudemos notar com esses resultados que nossa estrutura estava super dimensionada.

Primeira Análise - EH




Eletrônica


60Grupo 430/11/2009

• Na segunda análise, obtivemos o deslocamento máximo de 165 mm.• Com o mesmo método, obtivemos as tensões superficiais, e o valor máximo de 262 MPa.• E a tensão máxima combinada de 128 Mpa chegou mais perto do ideal.• Ainda na segunda análise, concluímos que melhorias poderiam ser feitas no sentido de otimização de peso, porém isso implicaria em dificuldades construtivas. Além disso, não foram feitas análises de fadiga, e esses valores nos deixam uma margem de segurança bem mais alta.

Primeira Análise - EH




Eletrônica


61Grupo 430/11/2009

Primeira análise• Longarina Principal, espessura da alma = 13mm, flange com espessura de 5 mm e com 15 mm de alma. • Longarina secundária, espessura da alma = 5 mm, flange com espessura de 2 mm e com 10 mm de alma.

Segunda análise• Longarina Principal, espessura da alma = 13mm, flange com espessura de 3 mm e com 8 mm de alma. • Longarina secundária, espessura da alma = 5 mm, flange com espessura de 1 mm e com 4 mm de alma.

Resultados




Eletrônica


62Grupo 4

Análise estrutural da fuselagem• Dimensionamento inicial:• Distância entre cavernas de 1m• Distância entre stringers para caber janelas• Junção asa-fuselagem bem simplificada

30/11/2009




Eletrônica


63Grupo 4

• Forças de campo (Peso)• Forças externas• Forças de inércia

30/11/2009

Cargas - FUSELAGEM




Eletrônica


64Grupo 4

Seções Transversais

30/11/2009




Eletrônica


65Grupo 4

Resultados

30/11/2009

Tensão Máxima Combinada:

504MPa

Deslocamento Máximo:68mm




Eletrônica


Análise de Custo


67Grupo 4

Custo Total= CRDTE + flyaway=HE.RE + HT.RT + HM.RM + HQ.RQ + CD + CF + CM + CAVION +

CENG

Onde:

30/11/2009

We Peso Vazio 100564,918 lb

V Velocidade Máxima 350,16 ft/s

Q Aeronaves produzidas em 5 ano 120

FTA Número de aeronaves para teste 3

Cmotor Custo do motor

Cavionics Custo da aviônica

He Horas de engenheiros 22376964,4 Re Valor por hora 86 $Ht Horas de ferramentaria 13949327,3 Rt Valor por hora 88 $Hm Horas da fábrica 49702827,9 Rm Valor por hora 73 $Hq 0,133 Rq Valor por hora 81 $

Método I (Raymer)




Eletrônica


68Grupo 4

De onde concluímos:

CustoTOTAL = 8 000 000 000 ($), para 120 aeronaves

Ou,

CJR04 I = 60 000 000,00 (por aeronave)

30/11/2009

Método I (Raymer)




Eletrônica


69Grupo 4

CRDTE=CAED + CDST + CFTA + CFTO + CTSF + CPRO + CFIN

Com,

30/11/2009

Cd Custo de suporte 189946688 $Cf Custo de horas de vôo teste 35602550,3 $Cm Custo de materiais 1128830006 $Ceng Custo do motor 10000000 $Cavionica Custo das aviônicas $Salário de 5 tripulantes 853,3525 $




Eletrônica

Método II (Roskan)


70Grupo 4

Temos:Caed = 189925308 $

Cdst = 537526795 $

Cfta = 6550199 $

Cfto = 13254712 $

CTSF = FTSF.CRDTE = 0,1. CRDTE

CPRO = RPRO.CRDTE = 0,1. CRDTE

CFIN = RFIN.CRDTE = 0,15.CRDTE

30/11/2009

Assim:CRDTE = 850 mi $CPROT = 1,3 bi $

Considerando que produziremos 120 aeronaves:

CJR04 II = 17,7 mi $

Método II (Roskan)




Eletrônica


71Grupo 4

CUSTOCondiradendo que os métodos são

imprecisos e as fontes dos dados utilizados são de origem questionável,

é razoável propor:

CJR04 = ½ . (CJR04 I + CJR04 II)

Portanto:

CJR04 = 38,85 mi $30/11/2009




Eletrônica

JR04 x E190





Eletrônica


Maquete Eletrônica





Eletrônica

Decolando de





Eletrônica

Subida em





Eletrônica

Ao lado do A380





Eletrônica

Cruzeiro sobre Miami





Eletrônica

Aterrisando em





Eletrônica

Táxi em





Eletrônica

Cruzeiro sobre o Rio de Janeiro


Conclusão


Conclusão

Trabalho não inovador

Diferentes Análises em cada

área

Comprovação de Eficiência


AGRADECIMENTOS

Professores do Departamento de Engenharia Aeronáutica

Osnan e Claudinho (técnicos)

Hernan e Leandro (pós)

Sheela (graduanda)


MUITO OBRIGADO

jr04 projeto de jato regional desenvolvido para transportar 120 passageiros caio augusto t. moura...

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