Estudio de configuraciones no convencionales de los estabilizadores para aviones de transporte aéreo comercial

Sánchez Carmona, Alejandro (2018). Estudio de configuraciones no convencionales de los estabilizadores para aviones de transporte aéreo comercial. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.53352.

Description

Title: Estudio de configuraciones no convencionales de los estabilizadores para aviones de transporte aéreo comercial
Author/s:
  • Sánchez Carmona, Alejandro
Contributor/s:
  • Cuerno Rejado, Cristina
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2018
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (UPM)
Department: Aeronaves y Vehículos Espaciales
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

En esta tesis se presenta una metodología de diseño de configuraciones de cola no convencionales que permita llevar a cabo estudios de viabilidad al nivel de diseño conceptual. Para poder acometerlos se parte de una caracterización de las configuraciones de cola que más se utilizan en los aviones de transporte comercial (configuración convencional). Esta caracterización se lleva a cabo por medio de procedimientos clásicos en el diseño conceptual. Estos incluyen la construcción de regresiones que relacionen los valores de parámetros característicos de los aviones o incluso se pueden describir las configuraciones por medio de valores promedios y desviaciones típicas de ciertas variables. Los resultados de esta caracterización permiten establecer un procedimiento de dimensionado de los estabilizadores de cola en configuración convencional, que se componen de una superficie horizontal y otra vertical. Una vez definida y caracterizada la configuración convencional, se ha realizado un análisis del estado del arte de configuraciones de cola no convencionales, tanto desde el punto de vista de geometrías no utilizadas en los empenajes de aviones de transporte comercial, como desde el punto de vista de sistemas o técnicas que no se hayan implementado comercialmente hasta ahora. El foco se pone sobre las geometrías no convencionales que se identifiquen como novedosas y potencialmente beneficiosas, siendo el objetivo establecer un procedimiento de dimensionado de estas configuraciones. Las superficies estabilizadoras cumplen una serie de funciones, que deben ser consideradas en el dimensionado de las nuevas configuraciones. Estas funciones se cuantifican a nivel de diseño en la normativa de certificación aplicable. La base de certificación recoge los requisitos mínimos con los que hay que demostrar el cumplimiento para que el proyecto de avión obtenga su certificado de tipo, y las aeronaves de serie, su certificado de aeronavegabilidad, que les autoriza para realizar operaciones. Es por ello que es de vital importancia que el procedimiento de diseño contemple estos requisitos. Entre otros, caben destacar las condiciones de control del avión tras el fallo del motor crítico en el segundo segmento y en el aterrizaje con viento cruzado. Además de considerarse los aspectos reflejados en la normativa, el estudio debe analizar la viabilidad del uso de configuraciones no convencionales. El punto sobre el que se pueden extraer conclusiones a nivel de diseño conceptual es el consumo de combustible para la ruta de diseño. Este consumo depende, en aspectos que se refieran a las superficies de cola, del peso y de la resistencia aerodinámica de los estabilizadores. Por tanto, la metodología de dimensionado debe estimar ambas magnitudes para las configuraciones novedosas, permitiendo extraer conclusiones sobre las ventajas en términos de consumo que puedan tener. Como caso de validación de la metodología propuesta, se ha seleccionado la configuración de cola en V, que es sobre la que se han realizado más estudios en el pasado y permite comparar los resultados obtenidos. El consumo de combustible resultante del procedimiento de diseño coincide con los estimados en otros proyectos de investigación para este tipo de configuraciones en su implementación en aviones de transporte comercial, validando de esta manera la utilización de esta metodología para el dimensionado de otras configuraciones de cola no convencionales. ----------ABSTRACT---------- In this thesis, a methodology for the design of unconventional tail configurations is presented, which allows carrying out feasibility studies at conceptual design stages. In order to undertake them, the first step is a characterization of the tail configurations that are most used in commercial transport aircraft (conventional configuration). This characterization is carried out by means of classical procedures in the conceptual design. These include the construction of regressions that relate the values of typical parameters of the aircraft or even the configurations can be described by means of average values and standard deviations of certain variables. The results of this characterization allow to establish a procedure for sizing the tail stabilizers of conventional configuration, which are composed of a horizontal and a vertical surface. Once the conventional configuration has been defined and characterized, an analysis of the state of the art of unconventional tail configurations has been carried out, both from the point of view of geometries not used in the empennages of commercial transport aircraft, and from the point of view of systems or techniques that have not been commercially implemented so far. The focus is placed on the unconventional geometries that are identified as novel and potentially advantageous, thus the objective of this thesis is to establish a procedure for sizing these configurations. The stabilizing surfaces fulfill a series of functions, which must be considered in the dimensioning of the new configurations. These functions are quantified at the design level in the applicable certification regulations. The certification base includes the minimum requirements with which compliance has to be demonstrated in order for the aircraft project to obtain its type certificate, and the aircraft in series to obtain their airworthiness certificates, that authorizes them to carry out operations. That is why it is vitally important that the design procedure takes into account these requirements. Among others, it is worth noting the aircraft control requirements after the failure of the critical engine in climbing and in the crosswind landing. In addition to considering the aspects reflected in the regulations, the study should analyze the feasibility of using non-conventional configurations. The point on which conclusions can be drawn at the conceptual design level is fuel consumption for the design route. This consumption depends on, in aspects that refer to the tail surfaces, the weight and the aerodynamic drag of the stabilizers. Therefore, the sizing methodology must estimate both magnitudes for the novel configurations, allowing conclusions to be drawn about the advantages in terms of consumption they may have. As a validation case of the proposed methodology, the Vee-tail configuration has been selected, that is the one on which more studies have been carried out in the past and allows the results obtained to be compared. The fuel consumption resulting from the design procedure coincides with those estimated in other research projects for this type of configuration in its implementation in commercial transport aircraft, validating the use of this methodology for the sizing of other non-conventional tail configurations.

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Item ID: 53352
DC Identifier: http://oa.upm.es/53352/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:53352
DOI: 10.20868/UPM.thesis.53352
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 19 Dec 2018 08:25
Last Modified: 18 Jun 2019 22:30
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