Aeronautica

WING STRUCTURAL ANALYSIS |
Aircraft EstructuresThe faculty of Software, mechanic and Aeronautical EngineeringUniversidad Tecnológica del Perú |
|
ByCastro Gilvonio, Michael Angel |
OCT 2010 |

Tabla de Contenidos

1. Introducción
2. Objetivos
3. Carga
4. Ala Original
4.1. Analisis
5. Ala modificado
5.1 Análisis
5.1.1. Main Spar Analysis
5.1.2.Rear spar analysis
5.1.3. Stringer analysis
5.1.4. Lower skin analysis
5.1.5. Upper skin analysis
5.1.6. Rib analysis
5.1.7. Attachment analysis
6. Conclusion

1.0 INTRODUCCIÓN
Para el análisis estructural del ala del Cessna Bonanza utilizaremos el software FEMAP, el cual nos ayudará para la creación del modelo a analizar por medio delmétodo de elemento finito (FEM). El proceso para el desarrollo del análisis por medio de este software consiste en tres principales pasos:

* Creación de la geometría
* Definir material, propiedades y enmallado
* Aplicación de cargas y restricciones

Iniciamos la creación de la geometría insertando coordenadas para el perfil de raíz y perfil de extremo del ala, estas coordenadascorresponden a los NACAS 23018 y 23012. Para el análisis de este diseño hemos creado el ala con los siguientes componentes a analizar; Skin superior, Skin inferior, 10 Rib webs, main spar web, after spar web, main spar upper cap, main sapar lower cap, after spar upper cap, after spar lower cap, upper and lower stringgers. Finalmente aplicamos las cargas y restricciones.
El modelo diseñado para elanálisis tiene las siguientes vistas:

La imagen anterior representa la geometría del ala con sus correspondientes componentes creadas a partir de un material especifico con propiedades especificas para cada componente.

Finalmente realizamos el análisis para encontrar los elementos que de acuerdo a sus propiedades no están por debajo del esfuerzo permisible, para lo cual debemos de calcularel espesor adecuado a fin de modificar el componente, optimizando este para evitar futuras fallas en aplicación o desempeño del ala en el fluido a interactuar y para lo cual ha sido diseñado, soportando las cargas a aplicarse en dicho fluido (aire).

2.0 CARGA
Inicialmente se aplica una carga de presión de 1 PSI, posteriormente se realiza el cambio a 1.4537, el cual se obtiene llevando dichovalor a escala para así obtener valores que se adecuen a lo real.

En la siguiente tabla se puede apreciar los valores de Fuerza, Momento y Presión en coordenadas regtangulares en los tres ejes (x,y, z), estos valores se encuentran expresados en unidades inglesas. Finalmente iniciaremos el analisis del ala, determinando los componentes a fallar.

El material elegido para el diseño del ala dela Aeronave CESSNA BONANZA es el Aluminio 2024-T351, dicha elección de material se debe a que este es de mucho uso en la Industria Aeronáutica por su baja densidad y alta resistencia, el cual muestra todas sus características en la siguiente tabla.

3.0 ANALISIS
El software que se está utilizando nos permite realizar el análisis estático del ala, en el cual se analizara de forma específicae independiente cada componente del ala diseñado, determinando y visualizando las placas de cada elemento que fallan.

Para el cálculo del Margen de Seguridad hacemos uso de la siguiente formula, el cual determina el rango en el que el elemento o parte de él desarrolle un desempeño optimo sin ruptura en alguna parte del material.
MS=Allowable StressActual Stress-1
En caso de que el materialfalle en determinado elemento, se aplicará la siguiente fórmula para optimizar la propiedad del elemento, evitando que este falle al interactuar con las cargas aplicas.
toptimo=Actual StressAllowable Stresstactual

3.1. MAIN SPAR ANALYSIS
* ORIGINAL MAIN SPAR ANÁLISIS
A. MAIN UPPER SPAR CAP

Para realizar las modificaciones del espesor de las places que fallan en cada elemento...