Este documento describe una herramienta informática para el diseño conceptual de aeronaves subsónicas. La herramienta consta de módulos para la geometría, aerodinámica, estructuras y actuaciones. Calcula parámetros como la relación empuje/peso, carga alar y peso vacío mediante iteraciones. Los módulos se comunican a través de archivos y funciones de MATLAB y Excel. El programa realiza un diseño básico y avanzado para validar los resultados finales del diseño de la aeronave.

1. HERRAMIENTA INFORMÁTICA
PARA EL DISEÑO CONCEPTUAL DE AERONAVES DE
TIPO SUBSÓNICAS Y ESTUDIO DE LAS ACTUACIONES
P r o f . : P a b l o M o r e n o G a r c í a
A l u m n o : J o s é C i d r á s E s t é v e z

3. CONTENIDO
Introducción al programa
Estructura conceptual del programa
Estructura interna del programa
Resultado final

4. INTRODUCCIÓN

5. CARACTERISTICAS DE DISEÑO
Tipo de avión
Régimen de vuelo
Motorización
Transporte de carga

6. ARCHIVOS DEL PROGRAMA
MATLAB
EXCEL
Archivos de cálculo y
traspaso de información
Introducción de datos y
visualización de resultados

7. ESTRUCTURA DEL PROGRAMA
DISEÑO BÁSICO
DISEÑO AVANZADO

8. ESTRUCTURA CONCEPTUAL
DISEÑO BÁSICO

9. INCORPORACIÓN DE DATOS RESULTADOS
Especificaciones del avión
Datos actuaciones
Relación empuje peso
Carga alar
T/W
W/S

10. Taxi
Despegue
Ascenso
Crucero
Espera
Carga/Descarga
Descenso
Espera
Aterrizaje
Peso combustible
Peso en vacío
Peso final
Wf
We
Wo
INCORPORACIÓN DE DATOS RESULTADOS
Misión de vuelo

11. MATLAB
Archivo Matlab
MATLAB
Función Matlab
EXCEL
Archivo Excel

12. ESTRUCTURA CONCEPTUAL
DISEÑO AVANZADO

13. GEOMETRIA
Fuselaje,
ala, canard,
tren de aterrizaje,
motor, etc.
AERODINÁMICA
Sustentación y
resistencia.
ESTRUCTURAS
Envolvente de vuelo
y calculo de pesos.
ACTUACIONES
Cálculo de carga
alar y relación
empuje peso.
DIMENSIONAMIENTO
Cálculo de pesos,
consumo de combustible
y validación de resultados.

14. Peso total Superficie referencia Empuje Potencia
Wo Sref
T,P
GEOMETRÍA

15. Imagen 1. Representación del ala trapezoidal de referencia.
General Aviation Aircraft Design: Applied Methodsand Procedures.
S. Gudmundsson. USA, Elsevier Science Technology, 1aEd.
Imagen 2. Estimación de la estructura de un fuselaje
modelado con Catia.
1-Paraboloide de base circular, 2-Cilindro,
3-Tronco de cono, 4-tronco de cono.
GEOMETRÍA

16. Imagen 3. Fotografía de tren de aterrizaje.
Referencia: Internet. www.unsplash.com
Imagen 4. Flotadores tipo A, B y C (resistencia).
General Aviation Aircraft Design: Applied Methodsand Procedures.
S. Gudmundsson. USA, Elsevier Science Technology, 1aEd.
GEOMETRÍA

17. Elección perfil
Tipo flap
borde ataque
Tipo flap
borde salida
AERODINÁMICA

18. RESULTADOS
Imagen 5. Gráfica del coeficiente de sustentación
frente al coeficiente de resistencia.
Referencia: http://airfoiltools.com/search/index
Imagen 6. Gráfica de la variación del coeficiente de
sustentación en función del coeficiente
de resistencia
Apuntes de la asignatura: Cálculo de aviones.
S. Esteban Roncero. Universidad de Sevilla.
Configuración sucia
Clmax
α0l
αStall
Clα
AERODINÁMICA - 2D

19. CLmax
α0L
αStall
CLα
Parámetros de sustentación
para configuración
limpia y sucia
RESULTADOS
Imagen 7. Variación de la curva de sustentación de
un ala debido al uso de dispositivos hipersustenta-
dores de borde de ataque y de borde de salida.
Fundametals of aircraft and airship design. American Institute of
Aeronautics and Astronautics. L. M. Nicolai, G. Carichner (2010)
Imagen 8. Comparación de las curvas del
coeficiente de sustentación de un perfil y de
un ala que lo contenga en función del
ángulo de ataque.
Introduction to Aeronautics : A Design Perspective.
American Institute of Aeronautics and Astronautics.S. A.
Brandt (2014)
AERODINÁMICA - ALA

20. Ala
Canard
Winglets
Cola horizontal
y vertical Parámetros de sustentación
para configuración
limpia y sucia
RESULTADOS
AERODINÁMICA - AERONAVE. SUSTENTACIÓN

21. Ventana
Motor
Fuselaje
+ Tren, protuberancias,
soporte y flotadores
Curva polar para
configuración limpia y sucia
CD
= CD0
− K2
CL
+ K1
CL
2
Ala
Canard
Winglets
Cola horizontal
y vertical
RESULTADOS
AERODINÁMICA - AERONAVE. RESISTENCIA

22. Wo
Peso total Datos actuaciones Datos especificación
ESTRUCTURAS

23. Factores de
carga
Velocidad
ENVOLVENTE DE VUELO
Imagen 9. Envolvente de vuelo
(grafica factor limite vs velocidades)
Obtenido de Excel.
ESTRUCTURAS

24. Estimación por peso
del componente
Reducción por material
compuesto
PorcentajeComponente
20%
25%
20%
8%
10%
Ala
Cola
Fuselaje
Tren aterrizaje
Motor
ESTRUCTURAS
WeCÁLCULO DE PESO EN VACÍO

25. CD
= f(CL
) α β
Polar del avión Relación empuje Peso instantáneo
ACTUACIONES

26. DESPEGUE
Rodadura Rotación Ascenso
SR = tRKT O
W
S
2
ρCLmax
ST R = RC cos (90 − θT R) = RC sin θT RSG = −
1
ϕρg
(W/S) ln
1 − ϕ
(T/W − µT O)
CLmax
kT O
2
ACTUACIONES

27. ASCENSO
TSL
WT O
=
β
α
CD0
q
1
β(WT O/S)
+
K1
q
(β(WT O/S)) − K2 + sin γ
ACTUACIONES

28. CRUCERO
TSL
WT O
=
β
α
CD0
q
1
β(WT O/S)
+
K1
q
(β(WT O/S)) − K2
ACTUACIONES

29. GIRO SOSTENIDO
TSL
WT O
=
β
α
CD0
q
1
β(WT O/S)
+
K1
q
n2
(β(WT O/S)) − K2n
ACTUACIONES

30. Descenso
ACTUACIONES
ATERRIZAJE
SA =
2β Kobs
2
− KT D
2
ρgCD Kobs
2
+ KT D
2
WT O
S
+
CLmax
2hobs
CD Kobs
2
+ KT D
2

31. ATERRIZAJE
SB = tF RKT D
2β
ρCLmax (WT O/S)
Rotación
ACTUACIONES

32. SF R =
β
ϕρg
(WT O/S) ln
1 + ϕ
µT O
CLmax
kT D
2
Frenado
ATERRIZAJE
ACTUACIONES

33. Relación
empuje / peso
T/W
Carga alar
W/S
ACTUACIONES

34. Relación
empuje / peso
T/W
Carga alar
W/S
ACTUACIONES

35. DIMENSIONAMIENTO
T/W W/S
Relación
empuje/ peso Carga alar Misión de vuelo

36. DIMENSIONAMIENTO
INICIO
Taxi
Despegue
Ascenso
INICIO
Taxi
Despegue
Ascenso

37. DIMENSIONAMIENTO
INICIO VUELO
Taxi
Despegue
Ascenso
Crucero (Acelerado/No acerelado)
Ascenso / Descenso
Carga / Descarga
Giro sostenido
Espera

38. DIMENSIONAMIENTO
INICIO VUELO FINAL
Taxi
Despegue
Ascenso
Crucero (Acelerado/No acerelado)
Ascenso / Descenso
Carga / Descarga
Giro sostenido
Espera
Descenso
Espera
Aterrizaje

39. ESTRUCTURA INTERNA

41. Parte1.m
Parte2.m
MecVuelo.m
Geometría.m
Estructuras.m
Aero.m
TablaTodoslosdatos
.xlsx
TablaGeometría
.xlsx
TablaAero.xlsx
FuncionCalculos
Aerodinamicos.
m
FuncionCalculoPeso
EnVacio.m
TablaEstructuras
.xlsx
TablaDiseñoAvanzado
.xlsx
PasarDatosalModu
loDeGeometria.m
T/W
W/S
T/W
W/S
W0
n+1ª aproximación
T/W
W/S
W0
1ª aproximación
T/W
W/S
W0¿La aproximación n
coincide con la n+1?
NO
SI
FIN

42. Parte1.m
Parte2.m
MecVuelo.m
Geometría.m
Estructuras.m
Aero.m
TablaTodoslosdatos
.xlsx
TablaGeometría
.xlsx
TablaAero.xlsx
FuncionCalculos
Aerodinamicos.
m
FuncionCalculoPeso
EnVacio.m
TablaEstructuras
.xlsx
TablaDiseñoAvanzado
.xlsx
PasarDatosalModu
loDeGeometria.m
T/W
W/S
T/W
W/S
W0
n+1ª aproximación
T/W
W/S
W0
1ª aproximación
T/W
W/S
W0¿La aproximación n
coincide con la n+1?
NO
SI
FIN

43. Diseño Avanzado
T/W
W/S
W0
Entrada de datos
Diseño Básico
T/W
W/S
W0
Resultados
¿Coinciden los datos?
SI
NO
FIN

44. RESULTADO

46. MUCHAS GRACIAS
José Cidrás Estévez