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Peso e Centragem
Projecto de Aeronaves - 10403 - 2012
Pedro V. Gamboa Departamento de Ciências Aeroespaciais
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Faculdade de Engenharia
Projecto de Aeronaves – 10403 - 2012
Universidade da Beira Interior
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Peso e centragem (1)
• A determinação do peso da aeronave e o posicionamento correcto do centro de gravidade são de extrema importância para a viabilidade do projecto
• As actividades de peso e centragem devem acompanhar de perto o desenrolar do projecto por forma a que as soluções adoptadas mantenham o peso dentro dos limites desejados
• Por outro lado a posição e passeio do CG deve ser tal que a aeronave seja estável e controlável no seu envelope de voo
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Peso e centragem (2)
• No projecto conceptual são usados métodos
estatísticos para determinar os pesos dos vários
componentes da aeronave;
• À medida que a estrutura e os sistemas são
definidos os pesos podem ser calculados ou
medidos com maior precisão.
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Grupos de peso
Grupo das Estruturas Grupo dos Sistemas Grupo da Carga Útil
- Asa - Controlos de voo - Tripulação
- Cauda - APU - Combustível
E.H./canard - Instrumentos usável
E.V. - Hidráulicos retido
ventral - Pneumáticos - Óleo
- Corpo (fuselagem) - Eléctricos - Passageiros
- Trem de aterragem - Aviónicos - Carga/bagagem
principal - Armamento - Canhões
auxiliar - Interiores - Munições
paragem - Ar condicionado - Cabides
catapulta - Anti-gelo - Armas alijáveis
- Secção da nacela/motor - Fotografia - “Flares/chaff”
- Sistema de admissão de ar - Manuseamento de carga
Grupo da Propulsão
- Motor instalado
- Redutor e transmissão Peso Vazio Total Peso de Descolagem
- Sistema de escape
- Sistema de arrefecimento - Peso em voo
- Controlos do motor - Peso de aterragem
- Sistema de arranque
- Sist. de comb./tanques
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Estimativa do peso (1)
• Método Aproximado:
Para outras categorias de aeronaves esta informação tem que ser derivada da
tabela comparativa.
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• Método estatístico:
– São usadas equações que têm em conta a
geometria e dimensão dos componentes
estruturais, os materiais, o factor de carga e o
peso máximo da aeronave;
– Normalmente cada gabinete de projecto usa os
seus próprios métodos, de acordo com a sua
experiência. Também é comum usar várias
referências para obter o peso dos vários
componentes e usar a média no projecto.
Estimativa do peso (2)
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• Pesagem: – Com base numa aeronave existente com estrutura
semelhante pode derivar-se uma representação da massa
que depende dos parâmetros que definem o componte
em questão;
– No projecto detalhado a estrutura e os sistemas são
definidos até ao mais pequeno pormenor pelo que os
volumes dos componentes e os materiais usados são
conhecidos. As massas dos componentes podem ser
obtidas dos desenhos de produção;
– No final, já com os componentes fabricados e o
equipamento adquirido pode proceder-se à pesagem e
obter o peso definitivo.
Estimativa do peso (3)
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• O objectivo do modelo de peso é
relacionar a peso dos componentes
principais com os parâmetros de projecto;
• Nesta fase faz sentido usar uma
representação simples do peso dos
componentes da aeronave.
Modelo de peso (1)
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• Os principais dados necessários para este
modelo são:
– Wcarga, peso da carga útil [N];
– Wenergia, peso de combustível/baterias [N];
– ca, corda da asa [m];
– ba, envergadura da asa [m];
– Wvazioref, peso vazio de referência [N];
– caref, corda da asa de referência [m];
– baref, envergadura da asa de referência [m].
Modelo de peso (2)
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• Expoentes de variação do peso:
– kb, expoente para a correcção deviso à
envergadura da asa;
– kc, expoente para a correcção devido à corda
da asa.
Modelo de peso (3)
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• A representação do peso em função da
envergadura e da corda da asa é:
• Os expoentes são determinados
experimentalmente ou com base em aeronaves
semelhantes.
Modelo de peso (4)
cb k
aref
a
k
aref
avaziorefsistemasenergiaac
c
c
b
bWWWWW
arg
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• Outra representação do peso em função da
envergadura e da corda da asa pode ser:
• Este modelo assume que os coeficientes de
volume de cauda se mantêm constantes após a
mudança das dimensões da asa.
Modelo de peso (5)
vhavaziorefsistemasenergiaac WWWWWWWW arg
sistemasenergiaac WWWW arg
111
vref
vvref
href
hhref
aref
aarefvazioref
W
WW
W
WW
W
WWW
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• Os incrementos do peso são dados por:
– Incremento do peso da asa:
– Incremento do peso da empenagem horizontal:
– Incremento do peso da empenagem vertical:
Modelo de peso (6)
1
49.0158.0358.1
refrefaref
a
aref
avaziorefaa
Wn
nW
c
c
b
bWKW
1
414.0794.1896.0
refrefaref
a
aref
avaziorefhh
Wn
nW
c
c
b
bWKW
1
376.0873.0747.1
refrefaref
a
aref
avaziorefvv
Wn
nW
c
c
b
bWKW
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• onde:
• Convém reparar que os incrementos dependem do
peso final e, por isso, este método é iterativo;
• Os valores de Ka, Kh e Kv são obtidos de aeronaves
com características idênticas, com base em
ensaios ou com alguma análise;
• Os expoentes podem ser adaptados para o
projecto em questão (Raymer).
Modelo de peso (7)
vazioref
aref
aW
WK
vazioref
href
hW
WK
vazioref
vref
vW
WK
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• Métodos mais precisos podem ser usados para
estimar o peso da asa:
– Modelo com mais parâmetros que influenciam o peso;
– Modelo estrutural que com base na configuração
estrutural, nos materiais, nas tensões aplicadas e nas
tensões admissíveis determina o peso da asa.
Modelo de peso (8)
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Modelo de peso (9)
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Exemplo de implementação
dados
Wvazio
W
dados
Wvazio
W
Wa, Wh, Wv
W=Westimado?
não
sim
W
Westimado
Modelo 1 Modelo 2
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• O objectivo da tabela do CG é distribuir os
componentes do avião por forma a que o
CG fique numa posição desejável
Tabela do CG
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Determinação da Posição do CG
• Escolhem-se eixos de referência x e z:
item designação peso braço x momento x braço z momento z
1 parte 1 W1 x1 W1x1 z1 W1z1
2 parte 2 W2 x2 W2x2 z2 W2z2
3 parte 3 W3 x3 W3x3 z3 W3z3
Wi Wixi Wizi
i
ii
CG
i
ii
CGW
zWz
W
xWx e
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Passeio do CG
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Estabilidade e controlo