Influencia de la Propulsión en la Punta del Ala Eléctrica en el Dimensionamiento del Estabilizador Vertical y el Timón en el Diseño Preliminar de Aeronaves
Autores: Albrecht, Alexander; Bender, Andreas; Strathoff, Philipp; Zumegen, Clemens; Stumpf, Eike; Strohmayer, Andreas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Influencia de la Propulsión en la Punta del Ala Eléctrica en el Dimensionamiento del Estabilizador Vertical y el Timón en el Diseño Preliminar de Aeronaves
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Diseño de aeronaves
Dimensionamiento de la cola vertical
Coeficientes de volumen
Rendimiento de control
Integración de motores
Sistemas de propulsión en la punta del ala
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 37
Citaciones: Sin citaciones
Durante el diseño preliminar de aeronaves, el dimensionamiento de la cola vertical se realiza convencionalmente mediante el uso de coeficientes de volumen. Estos representan un enfoque estadístico utilizando parámetros correlacionantes de configuraciones existentes, como la envergadura y el brazo de palanca, para dimensionar el empennage. Para un análisis más detallado en relación con el rendimiento de control, el tamaño de la cola vertical depende en gran medida de la evaluación de la pérdida crítica de empuje. Esta consideración aumenta en complejidad para el diseño de la aeronave utilizando sistemas de propulsión en las puntas de las alas. En este estudio, se compara un dimensionamiento de plano de cola vertical basado en coeficientes de volumen con métodos de manual y se evalúa la posibilidad de reducir el tamaño necesario del estabilizador vertical en relación con la posición de la integración del motor y su interconexión. Se comparan dos configuraciones, con diferentes posiciones de motor, de una aeronave híbrido-eléctrica de 19 asientos, derivada de las especificaciones de un Beechcraft 1900D. Para ambas configuraciones se evalúan dos opciones de cableado en relación con su impacto a nivel de aeronave para una pérdida parcial de empuje. Se utiliza la herramienta de diseño preliminar de aeronaves MICADO para dimensionar las cuatro configuraciones de aeronave y sistema de propulsión utilizando coeficientes de volumen de aleta. Estos resultados se modifican posteriormente mediante métodos de manual para redimensionar el estabilizador vertical y actualizar las configuraciones. Los resultados en términos de, por ejemplo, masa vacía operativa y consumo de combustible de misión, se comparan con las configuraciones originales sin el estabilizador vertical optimizado. Los hallazgos apoyan la idea inicial de que la conexión de los motores eléctricos en las puntas de las alas a su respectiva fuente de energía tiene un efecto significativo en el par resultante alrededor del eje de guiñada y el comportamiento de la aeronave en caso de falla del tren motriz, así como en la masa vacía y el combustible de viaje. Para solo uno de los cuatro diseños de aeronaves y configuraciones de cableado investigados, fue posible disminuir el tamaño de la aleta, resultando en una cola vertical más pequeña y una reducción en el combustible de viaje, en comparación con los resultados de diseño de MICADO para el coeficiente de volumen de aleta original.
Descripción
Durante el diseño preliminar de aeronaves, el dimensionamiento de la cola vertical se realiza convencionalmente mediante el uso de coeficientes de volumen. Estos representan un enfoque estadístico utilizando parámetros correlacionantes de configuraciones existentes, como la envergadura y el brazo de palanca, para dimensionar el empennage. Para un análisis más detallado en relación con el rendimiento de control, el tamaño de la cola vertical depende en gran medida de la evaluación de la pérdida crítica de empuje. Esta consideración aumenta en complejidad para el diseño de la aeronave utilizando sistemas de propulsión en las puntas de las alas. En este estudio, se compara un dimensionamiento de plano de cola vertical basado en coeficientes de volumen con métodos de manual y se evalúa la posibilidad de reducir el tamaño necesario del estabilizador vertical en relación con la posición de la integración del motor y su interconexión. Se comparan dos configuraciones, con diferentes posiciones de motor, de una aeronave híbrido-eléctrica de 19 asientos, derivada de las especificaciones de un Beechcraft 1900D. Para ambas configuraciones se evalúan dos opciones de cableado en relación con su impacto a nivel de aeronave para una pérdida parcial de empuje. Se utiliza la herramienta de diseño preliminar de aeronaves MICADO para dimensionar las cuatro configuraciones de aeronave y sistema de propulsión utilizando coeficientes de volumen de aleta. Estos resultados se modifican posteriormente mediante métodos de manual para redimensionar el estabilizador vertical y actualizar las configuraciones. Los resultados en términos de, por ejemplo, masa vacía operativa y consumo de combustible de misión, se comparan con las configuraciones originales sin el estabilizador vertical optimizado. Los hallazgos apoyan la idea inicial de que la conexión de los motores eléctricos en las puntas de las alas a su respectiva fuente de energía tiene un efecto significativo en el par resultante alrededor del eje de guiñada y el comportamiento de la aeronave en caso de falla del tren motriz, así como en la masa vacía y el combustible de viaje. Para solo uno de los cuatro diseños de aeronaves y configuraciones de cableado investigados, fue posible disminuir el tamaño de la aleta, resultando en una cola vertical más pequeña y una reducción en el combustible de viaje, en comparación con los resultados de diseño de MICADO para el coeficiente de volumen de aleta original.