Tema 3 Diseño del Fuselaje

Tema 3:
Diseño del Fuselaje
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Tema 3: Diseño del Fuselaje
1. Fuselaje
2. Sección transversal
3. Forma longitudinal
4. Disposición de la cabina
4.1. Tipo de carga de pago
4.2. Duración del vuelo
4.3. Accesos
4.4. Otros aspectos
5. Aviones supersónicos
6. Dimensionado
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1. Fuselaje
Principales misiones del fuselaje:
• Albergar y proteger a la carga de pago.
Muchas veces se diseña el fuselaje a favor
• Alojar a la tripulación.
• Albergar equipos y sistemas.
de lo que lleva en contra de la aerodinámica
• Actuar como estructura central de anclaje del resto de los elementos del avión (cola,
ala, tren,…).
Cuerpo fuselado y esbelto:
• Se debe llegar a un compromiso entre la reducción de la resistencia aerodinámica y las
necesidades volumétricas del interior.
• Esbelteces grandes tienen problemas estructurales de flexión.
• Esbelteces pequeñas tienen problemas de resistencias aerodinámica.
• Esbelteces típicas de fuselajes: 8 - 12
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1. Fuselaje (Cont.)
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1. Fuselaje (Cont.)
Para la misma D,
usando diferentes
S obtenemos
diferentes resultados
Las tendencias
generales son de
hacer esbelteces
mayores
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2. Sección transversal
Se debe elegir la sección del avión entre Rectangular y Circular o derivado. Si el interior está
presurizado, entonces será un circular. Para vuelos <3,5km no se presuriza y por tanto más
sencillo usar una
Forma de la sección:
sección rectang.
• Rectangular.
• Circular.
• Elíptica.
• Double-bubble.
Las elípticas son un poco problemáticas ya que
si viene una ráfaga lateral con un cierto ángulo
entonces el fuselaje sustenta y nos da problemas
de estabilidad
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3. Forma longitudinal
La forma longitudinal del fuselaje vendrá determinada por:
• La misión.
Cada avión con su
misión tiene un
fuselaje estándard
y generalmente es
cerrada
Avión de pasajeros
> Cilíndrico y sección
constante.
El de la figura es un diseño poco
convencional ya que volaba en transónico
Avión de Carga
Lo más rápido
es cargar por
delante o
por detrás y
no por lateral
Planeador se intenta
maximizar la eficiencia
Avión entrenador
• Requisitos de visibilidad de la cabina.
• Separación a tierra del cono de cola.
El Concorde tenía un morro muy alargado y en
tierra se doblaba para permitir una buena
visibilidad para los pilotos.
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4. Disposición de la cabina
Principales aspectos que afectan a la disposición de la cabina:
• Tipo de carga de pago.
• Duración del vuelo.
• Accesos.
• Tripulación de cabina.
• Tripulación auxiliar.
• Servicios al avión.
• Servicios al pasajero.
• Impresión estética.
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4. Disposición de la cabina (Cont.)
La cabina de un avión de transporte se divide, normalmente, en tres partes:
• El morro, en la cual opera la tripulación de cabina y donde se alojan varios
componentes electrónicos
• Una sección constante que contiene la cabina de carga y/o de pasajeros.
• El cono de cola, que suele ser suavemente afilado.
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4.1. Tipo de carga de pago
Tipo de carga de pago: es el aspecto que más afecta a la disposición de la cabina.
Hay que distinguir entre:
• Aviones de pasajeros.
• Aviones de carga.
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4.1. Tipo de carga de pago (Cont.)
Pasajeros:
• Número de pasajeros:
• # pax < 200  1 pasillo (Narrow body).
• 200 < # pax < 500  2 pasillos (Wide body).
• # pax > 500 2 pisos, configuraciones no convencionales.
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4.1. Tipo de carga de pago (Cont.)
Pasajeros:
• Clases:
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4.1. Tipo de carga de pago (Cont.)
Pasajeros:
• Imprescindible cumplir las normas que velan por la seguridad de los aviones para
garantizar la rápida evacuación de los pasajeros en caso de emergencia:
• Norma FAR/JAR 25.817 fija el número de asientos entre pared y pasillo en tres.
• Norma FAR/JAR 25.815 fija el ancho mínimo de los pasillos.
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4.1. Tipo de carga de pago (Cont.)
Carga:
• Cantidad de carga.
• Cargas no convencionales.
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4.2. Duración del vuelo
La duración del vuelo influirá en el nivel de comodidad que se deba proporcionar a los
pasajeros.
muy cómodo
estado totalmente
desagradable
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4.3. Accesos
Los accesos sirven para:
• Entrar y salir del avión.
• Evacuación en emergencias.
El elemento dimensionante de los accesos es la normativa sobre evacuación:
• Normas FAR/JAR que regulan el dimensionado de las salidas de emergencia y los
procedimientos y rutas de evacuación.
• Ensayos: regla de los 90 segundos, apertura de puertas en 15 segundos,…
Hay un reportaje sobre
la regla de los 90s del A380
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4.4. Otros aspectos
• Tripulación de cabina:
• Se debe dimensionar la cabina para albergar instrumentos, mandos,…
• Imprescindible asegurar una buena visibilidad (página 21 ).
• Tripulación auxiliar (TCP).
• Servicios al avión (página 22 ).
• Servicios al pasajero.
• Impresión estética.
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4.4. Otros aspectos (Cont.)
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4.4. Otros aspectos (Cont.)
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5. Aviones supersónicos
A velocidades supersónicas la forma y las dimensiones del fuselaje tienen un gran efecto
sobre la aerodinámica del avión. Aparecen nuevas contribuciones a la resistencia, fruto de
efectos de compresibilidad.
Para el diseño del fuselaje se deberá tener en cuenta:
• Aparición de resistencia de onda: fuselaje estrecho y largo (página ###
24 ). 23
• Aplicación de la ley de áreas de Whitcomb: cuerpo óptimo de Sears-Haack (página ###
25).24
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5. Aviones supersónicos (Cont.)
Fuselaje del Concorde
muy esbelto
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5. Aviones supersónicos (Cont.)
El cuerpo de Sears Haack
> Minimiza la resistencia
de onda del conjunto.
La ley de áreas dice que se debe
de cumplir la relación de áreas con
el cuerpo de Sears Haack. Al llegar al
ala, como hay más sección transversal,
el fuselaje debe de hacerse más fino para cumplir la regla.
Cuerpo de Sears-Haack
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6. Dimensionado
Overhead storage bins
Dimensiones características:
da + dap ≈ 0.5 m
dp + 2dap ≈ 0.5 m
dp ≈ 0.39 m
dh entre 0.05 y 0.2
Pressure shell
Passenger aisle
da + dap
dp + 2dap
Anchura de cabina:
Passenger seats
Ac = #a·(da+dap) + #p·(dp+2dap) + dh
Ac ≈ 0.5·(#a+#p) + 0.2
dp
Anchura del fuselaje:
Af = Ac·(1+ α) ≈ Ac·1.05
Passenger compartment floor
* a = asientos por fila
* ap = apoyabrazos
* p = pasillos
* h = holgura
* α = incremento del fuselaje (%)
Cargo containers
Ac
Af
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6. Dimensionado (Cont.)
Relación aproximada entre columnas y filas:
#c ≈ 0.5·(#pax)1/2 ; #f ≈ 2·(#pax)1/2 ; #c· #f = #pax
Paso entre filas:
p entre 76cm y 155cm
pturista ≈ 85cm
Longitud de cabina:
Lc = ( #pax / #a )·p·klc ≈ ( #pax / #a )·p·1.3
Longitud del fuselaje:
L
Lf = Lc + (Af·klf ) ≈ Lc + (Af·3)
* a = asientos por fila
* f = filas ; c = columnas
* Klc entre 1.2 y 1.35
* Klf entre 2.5 y 4
θTC
LNC
LC
LTC
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