Aeronave de Observação Não Tripulada - UFSC Aerodesign

UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
PROJECTO I - 2033
2001/2002
AERONAVE
DE
OBSERVAÇÃO NÃO TRIPULADA
UAV01
Descrição do Projecto – Parte II

Projecto I
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO............................................................................................................................................ 4
2. REQUISITOS............................................................................................................................................... 4
2.1. Missão ................................................................................................................................................... 4
2.2. Desempenho .......................................................................................................................................... 4
2.3. Motorização........................................................................................................................................... 5
2.4. Asa ........................................................................................................................................................ 5
2.5. Fuselagem.............................................................................................................................................. 5
2.6. Empenagens........................................................................................................................................... 5
2.7. Trem de Aterragem ................................................................................................................................ 5
2.8. Carga Útil .............................................................................................................................................. 5
2.9. Peso e Centragem................................................................................................................................... 5
2.10. Materiais.............................................................................................................................................. 6
2.11. Comandos e Sistemas........................................................................................................................... 6
2.12. Normas ................................................................................................................................................ 6
3. GEOMETRIA............................................................................................................................................... 6
3.1. Asa ........................................................................................................................................................ 6
3.2. Flaperon................................................................................................................................................. 7
3.3. Empenagem V (totalmente móvel).......................................................................................................... 7
3.4. Fuselagem.............................................................................................................................................. 7
3.5. Trem Principal ....................................................................................................................................... 8
3.6. Trem do Nariz........................................................................................................................................ 8
4. MOTORIZAÇÃO......................................................................................................................................... 8
4.1. Motor..................................................................................................................................................... 8
4.2. Hélice .................................................................................................................................................... 8
5. MASSAS, CENTRO DE GRAVIDADE E MOMENTOS DE INÉRCIA....................................................... 8
5.1. Massas................................................................................................................................................... 8
5.2. Centro de Gravidade............................................................................................................................... 9
5.3. Momentos de Inércia.............................................................................................................................. 9
6. AERODINÂMICA ..................................................................................................................................... 10
6.1. Sustentação.......................................................................................................................................... 10
6.1.1. Coeficiente de sustentação máximo da asa (figura 1) ...................................................................... 10
6.1.2. Coeficiente de sustentação máximo do avião equilibrado (figura 2) ................................................ 10
6.1.3. Declive da curva de sustentação..................................................................................................... 10
6.2. Polar de Arrasto ................................................................................................................................... 10
6.3. Momento de Arfagem .......................................................................................................................... 10
6.4. Controlos e Estabilizadores................................................................................................................... 10
6.5. Estabilidade ......................................................................................................................................... 11
7. Distribuição de cargas................................................................................................................................. 11
7.1. Cargas Aerodinâmicas.......................................................................................................................... 11
7.2. Cargas de Inércia.................................................................................................................................. 11
8. TAREFAS.................................................................................................................................................. 11
8.1. Componentes Estruturais...................................................................................................................... 12
8.1.1. Requisitos Gerais........................................................................................................................... 12
8.1.2. Tarefas de Projecto e Análise......................................................................................................... 12
8.2. Trem de Aterragem .............................................................................................................................. 13
8.3. Instalação do Motor de Combustão....................................................................................................... 13
8.4. Sistema de Arranque ............................................................................................................................ 13
8.5. Instalação de Motor Eléctrico ............................................................................................................... 14
8.6. Hélice .................................................................................................................................................. 14
8.7. Comandos de Voo ................................................................................................................................ 14
8.8. Sistema de Combustível, Peso e Centragem e Custos ............................................................................ 14
8.9. Interiores e Carga Útil .......................................................................................................................... 15
8.10. Estabilidade e Controlo e Qualidade de Voo ....................................................................................... 15
8.11. Desempenho, Plano de Ensaios de Voo e Manual de Operação............................................................ 15
8.12. Modelo em CAD................................................................................................................................ 15
8.13. Sistema de Catapulta .......................................................................................................................... 16
8.14. Sistema de Recuperação ..................................................................................................................... 16
8.15. Tarefas Individuais............................................................................................................................. 16
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Projecto I
8.16. Calendário de Trabalhos ..................................................................................................................... 17
8.17. Relatório ............................................................................................................................................ 17
8.18. Cooperação ........................................................................................................................................ 17
9. AVALIAÇÃO ............................................................................................................................................ 17
10. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................................... 18
11. FIGURAS................................................................................................................................................. 19
11.1. Variação do C L da Asa com o Ângulo de Ataque ................................................................................ 21
11.2. Variação do C L do Avião com o Ângulo de Ataque............................................................................. 22
11.3. Distribuição de Sustentação ao longo da Envergadura da Asa devido à Incidência ............................... 23
11.4. Distribuição de Sustentação ao longo da Envergadura da Asa devido à Deflexão dos Flaperons........... 24
11.5. Distribuição de Sustentação ao longo da Envergadura da Empenagem em V devido à Incidência e
Deflexão..................................................................................................................................................... 25
11.6. Três Vistas ......................................................................................................................................... 26
11.7. Geometria da Asa e Empenagem ........................................................................................................ 27
11.8. Geometria da Fuselagem .................................................................................................................... 28
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Projecto I
1. INTRODUÇÃO
Pretende-se projectar uma aeronave não tripulada para observação (vigilância de
incêndios e linhas de alta tensão inacessíveis, filmagens, etc.). O veículo deve ser pequeno e
leve, mas ter capacidade para transportar uma carga útil de 1 kg (equipamento fotográfico ou
de vídeo). Deve considerar-se a simplicidade de construção e de manutenção para manter os
custos de aquisição e de operação baixos.
Esta descrição do projecto apresenta os requisitos a que o avião deverá responder, em
termos de configuração, desempenho, materiais e normas de projecto. Também são descritas
as tarefas necessárias realizar durante o semestre bem como o plano de trabalhos a cumprir.
Este projecto requer dedicação e trabalho contínuo para que os prazos sejam cumpridos e
resulte um bom avião.
2. REQUISITOS
Os requisitos para esta aeronave são apresentados abaixo e durante o decorrer do
projecto devem ser respeitados. Não poderá haver qualquer modificação nos requisitos sem
consulta do docente nem acordo de todos os elementos envolvidos no projecto.
2.1. Missão
O UAV01 deverá ser projectado para realizar 1 tarefa principal.
O veículo deverá ter uma autonomia de pelo menos 1 hora em voo de cruzeiro lento,
transportando uma carga útil de 1 kg. Também deverá ser capaz de voar a 2000 m descolando
de uma pista a 1800 m de altitude.
Fase
Duração
[min]
Potência
[%]
Altitude inicial
[m]
Altitude final
[m]
Aquecimento e rolagem 15 50 0 0
Descolagem - 100 0 15
Subida - 100 15 200
Voo lento 60 * 200 200
Aproximação - ralenti 200 15
Aterragem - ralenti 15 0
Rolagem 5 50 0 0
Reservas 10 100 200 200
* Posição para melhor autonomia.
2.2. Desempenho
O avião deverá demonstrar as seguintes prestações principais com peso máximo (ISA
– International Standard Atmosphere):
Velocidade máxima a 200 m
Razão de subida máxima ao nível do mar
131,0 km/h (71 nós)
6,3 m/s (1246 pés/min)
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Projecto I
Tempo de subida até 200 m
Corrida de descolagem
Corrida de aterragem
1,0 min
23,0 m
71,0 m
A velocidade máxima de cruzeiro V C é 30,6 m/s e a velocidade máxima de descida
correspondente é V D = 38,3 m/s. A velocidade para autonomia máxima é 15,2 m/s.
2.3. Motorização
O motor é o ASP 0.42 ABC que debita 1,16 hp às 15000 rpm. O hélice é bipá de
passo fixo com 0,406 m de diâmetro e 20 º de passo (16 x 16) para um redutor de 1:2,5 – estes
valores deverão ser verificados com hélices disponíveis no mercado.
2.4. Asa
A asa é rectangular sem enflechamento, com a longarina principal a atravessar a
fuselagem sem interrupção. Os flaperons ocupam 75 % da envergadura. Ver figura 7.
2.5. Fuselagem
A fuselagem tem secções circulares. Um tanque de combustível com capacidade para
0,5 kg é alojado à frente do motor. Ver figura 8.
2.6. Empenagens
A empenagem é em V. Ver figura 7.
2.7. Trem de Aterragem
O trem de aterragem do UAV01 é convencional e fixo com lâminas em compósito ou
aço capazes de suportar impactos no solo de 6 g. A escolha dos pneus deve ter em conta a
necessidade de operação em pistas pouco preparadas.
O trem do nariz deverá ser direccionável.
2.8. Carga Útil
Deve ser providenciado um espaço para 1 kg de equipamento de observação. A sua
localização deve ser tal que a visão para baixo e para a frente esteja desobstruída.
2.9. Peso e Centragem
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Projecto I
O passeio do CG (centro de gravidade) deve ser tal que não imponha qualquer limite
de operação. O peso máximo à descolagem da aeronave deve ser mantido dentro do limite.
2.10. Materiais
Toda a estrutura primária da asa e empenagen vai ser em compósito (vidro/epoxi,
carbono/epoxi) e em madeira. A fuselagem poderá ser totalmente em compósito ou ter
combinação de compósito e madeira. O principal objectivo é manter simplicidade na
manutenção e reparação sem prejudicar a segurança, mas mantendo uma capacidade de
acelerações normais de pelo menos +10 g e –10 g.
2.11. Comandos e Sistemas
Todos os sistemas da aeronave devem ser eléctricos e mecânicos, actuados por servos
e/ou micro-servos. A pilotagem é feita por um controlo rádio à distância e um receptor a
bordo.
2.12. Normas
As restrições impostas aos aeromodelos, mostradas na tabela abaixo, não afectam o
UAV01. As normas de projecto a utilizar, no que respeita ao dimensionamento da estrutura,
podem ser as JAR-22 ou as JAR-VLA/JAR-23 que são mais rigorosas. Todo o trabalho
desenvolvido deve ter como objectivo principal a segurança.
Massa máximo em ordem de voo com combustível
25 kg
Área máxima das superfícies sustentadoras 5,00 m 2
Carga alar máxima 25 kg/m 2
Cilindrada máxima dos motores de pistão 250 cm 3
Tensão máxima, em circuito aberto, para motores eléctricos
42 Volt
3. GEOMETRIA
3.1. Asa
Área 0,625 m 2
Envergadura
2,500 m
Alongamento 10,000
Afilamento 1,000
Enflechamento no bordo de ataque 0,000º
Enflechamento a 25 % da corda 0,000º
Corda na raiz (eixo de simetria)
0,250 m
Corda na ponta
0,250 m
Corda média aerodinâmica (CMA)
0,250 m
Perfil na raiz Selig SG 6042
Espessura relativa na raiz 0,100
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Projecto I
Perfil na ponta Selig SG 6042
Espessura relativa na ponta 0,100
Incidência asa/fuselagem 3,000º
Diedro 0,000º
Torção geométrica 0,000º
Posição de 25 % CMA atrás da origem
0,443 m
Posição de 25 % CMA atrás do apex
0,063 m
Posição de 25 % CMA acima da linha de referência
0,055 m
3.2. Flaperon
Tipo
simples com b.a. recto (pode ser melhorado)
Área (cada) 0,094 m 2
Corda relativa média 0,200
Corda
0,050 m
Deflexão para baixo (aileron) 18,000º
Deflexão para cima (aileron) -22,000º
Deflexão para baixo (flape) 40,000º
Posição lateral da corda interior
0,125 m
Posição lateral da corda exterior
1,188 m
3.3. Empenagem V (totalmente móvel)
Área 0,207 m 2
Envergadura
0,965 m
Alongamento 4,500
Afilamento 0,600
Enflechamento no bordo de ataque 6,340 º
Enflechamento a 25 % da corda 3,180 º
Corda na raiz (eixo de simetria)
0,268 m
Corda na ponta
0,161 m
Corda média geométrica
0,214 m
Corda média aerodinâmica
0,219 m
Perfil NACA 66009
Espessura relativa 0,090
Incidência asa/fuselagem 0,000 º
Diedro 36,000 º
Torção geométrica 0,000 º
Posição de 25 % CMG (corda média geométrica) atrás de 25 % CMA 0,611 m
Posição de 25 % CMG acima da linha de referência
0,178 m
Deflexão ± 25,000º
3.4. Fuselagem
Comprimento total
Largura máxima
Altura máxima
1,250 m
0,150 m
0,150 m
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Projecto I
Posição da parede de fogo à frente de 25 % CMA
Posição da parede de fogo atrás da origem
Posição do eixo do cone de cauda acima da linha de referência
-0,023 m
0,465 m
0,030 m
3.5. Trem Principal
Tipo
uma roda em cada perna fixa suportada na fuselagem
Pneu
borracha (69 mm x 25 mm)
Posição da roda atrás de 25 % CMA
0,134 m
Bitola
0,560 m
3.6. Trem do Nariz
Tipo
Pneu
Posição da roda à frente de 25 % CMA
uma roda fixa direccionável
borracha (48 mm x 20 mm)
0,297 m
4. MOTORIZAÇÃO
4.1. Motor
Tipo
Potência ao nível do mar
ASP 0.40 ABC
1,16 hp a 15000 rpm
4.2. Hélice
Tipo bipá de passo fixo 16 x 16
Diâmetro
0,406 m
5. MASSAS, CENTRO DE GRAVIDADE E MOMENTOS DE INÉRCIA
5.1. Massas
Massa máxima na descolagem
Massa máxima na aterragem
Massa vazio
Carga máxima
Combustível máximo
6,0 kg
6,0 kg
4,5 kg
1,0 kg
0,5 kg
A tabela abaixo mostra as massas (kg) descriminadas dos componentes do avião.
Componente Massa % MTOM
Fuselagem 0,63 10,54
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Projecto I
Asa 1,40 23,41
Enpenagem em V 0,35 5,85
Trem Principal 0,31 5,18
Trem do Nariz 0,20 3,34
Estrutura 2,89 48,33
Instalação do Motor 1,26 21,07
Sistema de Combustível 0,02 0,33
Controlos de Voo 0,31 5,18
Sistemas e Equipamento 1,59 26,59
Peso vazio 4,48 74,92
Massa vazio operacional (OEM) 4,48 74,92
Carga 1,00 16,72
Combustível 0,50 8,36
Massa máxima à descolagem (MTOM) 5,98 100,00
5.2. Centro de Gravidade
Posição do centro de gravidade vazio atrás de 25 % CMA
0.069 m
Posição do centro de gravidade vazio acima da linha de referência
0.024 m
Passeio do cg em voo (% CMA) 33,3 – 34,5
A tabela seguinte mostra a posição do c.g. dos vários componentes.
Componente
Massa
[kg]
x
[m]
y
[m]
z
[m]
Fuselagem 0,63 0,510 0,000 0,015
Asa 1,40 0,480 0,000 0,055
Enpenagem em V 0,35 1,107 0,000 0,110
Trem Principal 0,31 0,555 0,200 -0,050
Trem do Nariz 0,20 0,145 0,000 -0,075
Instalação do Motor 1,26 0,570 0,000 0,022
Sistema de Combustível 0,02 0,380 0,000 -0,007
Controlos de Voo 0,31 0,330 0,000 0,013
Carga 1,00 0,210 0,000 0,000
Combustível 0,50 0,380 0,000 -0,007
5.3. Momentos de Inércia
Os momentos de inércia do avião, com os respectivos raios de giração, em várias
situações estão mostrados na seguinte tabela.
Caso m k x k y k z I xx I yy I zz I xz
[kg] [m] [m] [m] [kgm 2 ] [kgm 2 ] [kgm 2 ] [kgm 2 ]
Vazio 4,48 0,371 0,252 0,443 0,617 0,285 0,879 0,036
Vazio operacional 4,48 0,371 0,252 0,443 0,617 0,285 0,879 0,036
OEM + carga 5,48 0,336 0,249 0,413 0,617 0,339 0,933 0,036
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Projecto I
MTOM 5,98 0,321 0,239 0,396 0,617 0,341 0,935 0,037
Nota: Todos os valores assumem que o c.g. está a 25 % CMA na linha de referência da
fuselagem. É essencial que estes momentos de inércia sejam corrigidos para a posição
real do c.g. para cada caso de carregamento.
6. AERODINÂMICA
6.1. Sustentação
6.1.1. Coeficiente de sustentação máximo da asa (figura 1)
Asa limpa 1,247
Asa com flapes para aterragem 1,431
6.1.2. Coeficiente de sustentação máximo do avião equilibrado (figura 2)
Asa limpa 1,081
Asa com flapes para aterragem 1,187
6.1.3. Declive da curva de sustentação
Asa/fuselagem 4,020 rad -1
Asa 3,898 rad -1
6.2. Polar de Arrasto
Cruzeiro a 108 km/h e 200 m
2
0,0303-0,0235C L +0,0659C L
Perda com flapes a 41 km/h
2
0,0454-0,0585C L +0,1049C L
6.3. Momento de Arfagem
Coeficiente de momento para sustentação nula
asa isolada -0,120
incremento devido à fuselagem -0,024
incremento devido aos flapes na aterragem -0,143
Centro aerodinâmico
asa isolada 0,250
total 0,223
6.4. Controlos e Estabilizadores
Posição do centro aerodinâmico médio da E.V. atrás do seu apex
0,080 m
Coeficiente de momento de rolamento do aileron, C lδa 0,353
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Projecto I
Coeficiente de charneira do flaperon devido à incidência da asa, b 1 -0,166
Coeficiente de charneira do flaperon devido à sua deflexão, b 2 -0,525
Declive da curva de sustentação da E.V., a 1V 3,276
Coeficiente de charneira do leme devido à incidência da E.V., b 1V -0,220
6.5. Estabilidade
Downwash na E.V.
sem flapes 0,325
com flapes 0,308
Coeficiente de momento de rolamento devido a
momento de rolamento, C lp -0,515
derrapagem, C lβ -0,056
guinada, C lr
0,3333C L
Coeficiente de momento de guinada devido a
derrapagem sem E.V., C nβ -0,006
derrapagem do avião completo, C nβ 0,058
guinada, C nr
2
-0,0330-0,0082C L
Coeficiente de força lateral devido à derrapagem, C Yβ 0,351
7. DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS
7.1. Cargas Aerodinâmicas
As distribuições de sustentação da asa e empenagem estão representadas nas figuras 3,
4 e 5. A contribuição da fuselagem para a sustentação pode ser desprezada nos cálculos das
cargas.
7.2. Cargas de Inércia
Todas as distribuições de inércia vão ser desprezadas excepto a resultante das cargas
pontuais na fuselagem.
8. TAREFAS
Existem várias tarefas no projecto que devem ser realizadas segundo o calendário
apresentado. Todos estes aspectos dependem uns dos outros, pelo que tem que haver uma
inter-relação e actualização entre eles.
Cada aluno tem que realizar determinada quantidade de trabalho, como indicado em
seguida. As tarefas de projecto de componentes diferem consideravelmente de forma que um
componente mais simples, como por exemplo uma superfície de controlo, necessita de ser
projectado com mais detalhe do que um mais complexo.
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Projecto I
O projecto é um processo iterativo em que a perfeição não é possível nem necessária.
Os trabalhos serão discutidos em reuniões de projecto onde o nível de detalhe necessário será
definido.
O primeiro passo no projecto é a familiarização com as normas relevantes para a parte
do avião a projectar. Alguns itens das normas referentes ao mesmo assunto, sistema ou
componente podem estar dispersos pelo documento, de forma que é necessário cuidado para
não deixar passar nenhum pormenor importante.
8.1. Componentes Estruturais
8.1.1. Requisitos Gerais
1) Cargas
2) Interfaces
3) Análise estrutural
- Cálculos simples manuais
- Dimensionamentos à resistência
- Análise por elementos finitos (se possível)
- Dimensionamentos à rigidez
4) Estimativa de peso e comparação com os requisitos
5) Relatório de dimensionamento (com esboços legíveis)
6) Desenhos (CAD ou manual)
7) Relatório
8.1.2. Tarefas de Projecto e Análise
Asas e superfícies de controlo:
1) Configuração estrutural
2) Posição e projecto da longarina com articulações e ferragens
3) Posição das nervuras e optimização do revestimento
4) Projecto do revestimento – um painel interno e outro externo
5) Projecto do bordo de ataque – impacto de aves
6) Projecto de uma articulação e uma nervura
7) Dimensionar actuadores (quando relevante)
8) Projectar e desenhar interfaces entre componentes
9) Projectar fixação do trem de aterragem (quando relevante)
Fuselagem:
1) Configuração estrutural
- Localização das cavernas principais
- Localização das cavernas secundárias
- Membros longitudinais
- Longerons, tensores, chão, etc.
- Localização de fixações (trem de aterragem por exemplo)
- Motor, asa e empenagem
- Aberturas, painéis de acesso, entradas de ar
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Projecto I
2) Projecto de um painel ou revestimento
3) Projecto de longeron (quando relevante)
4) Projecto da fuselagem para resistir corte e torção
5) Uma caverna de fixação e uma caverna ligeira
6) Uma fixação detalhada – asa, empenagem, trem, etc.
7) Projectar fixação do trem de aterragem (quando relevante)
8.2. Trem de Aterragem
1) Verificação da posição do trem e selecção das rodas, pneus e pressões
adequadas
2) Cargas no trem
3) Projecto do mecanismo de retracção, incluindo o diagrama força/deflexão e
os bloqueios em cima e em baixo (quando retráctil)
4) Projecto das unidades de travão para o trem principal (quando relevante)
5) Projecto do mecanismo de direcção para o trem do nariz
6) Projecto do amortecedor
7) Projecto dos componentes estruturais
8) Projecto da fixação à fuselagem ou asa
9) Estudo do projecto das portas
10) Estimativa de peso e comparação com os requisitos
11) Desenhos (CAD ou manual)
12) Relatório
8.3. Instalação do Motor de Combustão
1) Cargas no berço do motor
2) Projecto das fixações do motor e dimensionamento estrutural
3) Projecto da entrada e saída de ar
4) Projecto da parede de fogo
5) Verificação de que o acesso e a remoção do motor são adequados
6) Estimativa de peso e comparação com os objectivos
7) Desenhos (CAD ou manual)
8) Relatório
8.4. Sistema de Arranque
1) Verificação do espaço disponível
2) Projecto das fixações do motor de arranque e dimensionamento estrutural
3) Projecto da transmissão para arranque do motor de combustão
4) Requisitos de energia e controlo
5) Verificação de que o acesso e a remoção do motor eléctrico são adequados
6) Estimativa de peso e comparação com os objectivos
7) Desenhos (CAD ou manual)
8) Relatório
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Projecto I
8.5. Instalação de Motor Eléctrico
1) Cargas no berço do motor
2) Projecto das fixações do motor e dimensionamento estrutural
3) Verificação da energia necessária
4) Escolha de baterias
5) Estudo do controlo do motor
6) Adaptação ao veículo existente
7) Estimativa de peso e comparação com os objectivos
8) Desenhos (CAD ou manual)
9) Relatório
8.6. Hélice
1) Verificação do hélice
2) Adaptação do hélice
3) Projecto da transmissão
4) Verificação de que a remoção do hélice é adequada
5) Estimativa de peso e comparação com os objectivos
6) Desenhos (CAD ou manual)
7) Relatório
8.7. Comandos de Voo
1) Verificação das forças dos servos
2) Dimensionamento dos servos
3) Esquema do sistema de controlo ao longo do avião
4) Determinação das necessidades dos actuadores
5) Determinação da rigidez dos comandos, fricção e forças
6) Estudo do sistema de comando juntamente com projectistas de estrutura
7) Identificação e projecto de zonas de ligação
8) Projecto de um actuador de superfície de controlo (quando relevante)
9) Estimativa de peso e comparação com os objectivos
10) Desenhos (CAD ou manual)
11) Relatório
8.8. Sistema de Combustível, Peso e Centragem e Custos
1) Verificação do consumo de combustível
2) Verificação do volume disponível e escolha tipo e limites dos tanques
3) Verificação do efeito do consumo de combustível no cg do avião e efeito
da atitude do avião nos tanques
4) Determinação das cargas do combustível nos tanques
5) Esquemas da disposição
- Alimentação
- Ventilação
- Alimentação cruzada (quando relevante)
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 14

Projecto I
- Alijamento (quando relevante)
6) Determinação da disposição de válvulas, bombas, etc. (quando relevante)
7) Dimensionamento dos tubos
8) Estimativa de peso e comparação com os requisitos
9) Determinação do peso e cg do avião
10) Cálculo dos custos de aquisição e de operação directa
11) Desenhos (CAD ou manual)
12) Relatório
8.9. Interiores e Carga Útil
1) Escolha de equipamento para vigilância, navegação e comunicação
2) Projectar as suas prateleiras e acesso
3) Verificação da visibilidade e projecto da canópia para visão
4) Especificação da potência necessária
5) Estimativa de peso e comparação com o objectivo
6) Desenhos (CAD ou manual)
7) Relatório
8.10. Estabilidade e Controlo e Qualidade de Voo
1) Verificação da estabilidade estática
2) Determinação das derivadas de estabilidade
3) Determinação do comportamento longitudinal e latero-direccional
4) Verificação da qualidade de voo nas várias configurações
5) Sugestões para melhoramento do comportamento
6) Relatório
8.11. Desempenho, Plano de Ensaios de Voo e Manual de Operação
1) Verificação de todo o envelope de voo para o desempenho necessário
2) Perfil da missão
3) Plano dos ensaios de voo
4) Manual de operação
5) Relatório
8.12. Modelo em CAD
1) Estudo das vistas da aeronave
2) Estudo de todos os componentes em projecto
3) Modelo tridimensional completo em CAD
4) Verificação de interferências entre componentes
5) Sugestões para facilidade de construção dos interfaces
6) Relatório
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 15

Projecto I
8.13. Sistema de Catapulta
1) Estudo da geometria da aeronave
2) Conceito do sistema de lançamento adaptado à configuração da aeronave
3) Projecto do sistema de lançamento
4) Estimativa de peso
5) Desenhos (CAD ou manual)
6) Relatório
8.14. Sistema de Recuperação
1) Conceito do sistema de recuperação
2) Adaptação à estrutura
3) Projecto do sistema de recuperação
4) Estimativa de peso
5) Desenhos (CAD ou manual)
6) Relatório
8.15. Tarefas Individuais
A tabela seguinte mostra as tarefas individuais que deverão ser escolhidas na primeira
semana do semestre.
Tarefa Responsável Nº T Tel.
00 Coordenação Pedro Gamboa - - 275 329 745
01 Asa (compósito) Paulo Mendes 8546 1 965 454 873
02 Asa (madeira) Carlos Santos 7885 1
03 Flaperons Márcio Catarino 8925 2
04 Empenagem em V (compósito) Daniel Santos 13423 1
05 Empenagem em V (madeira) António Ferreira 4793 1 962 222 028
06 Fuselagem (frente) Vitor Bartolomeu 9008 2
07 Fuselagem (centro) Rogério Zacarias 8939 2 936 680 647
08 Fuselagem (trás) Sandra Real 10074 1 963 365 172
09 Trem de Aterragem Principal Vera Martinho 8140 2
10 Trem de Aterragem do Nariz Rui Costa 8394 1
11 Instalação do Motor de Combustão Laura Moura 5682 1
12 Sistema de Arranque José Figueiredo 8057 2
13 Instalação de Motor Eléctrico Céu Ribeiro 8550 2
14 Hélice Ricardo Leão 10079 1 967 085 672
15 Comandos de Voo Pedro Tomás 10020 2
16 Sistema de Combustível, Peso e Centragem, Custos Nelson Gouveia 10145 2
17 Interiores e Carga Útil Adriano Silva 8530 2
18 Estabilidade e Controlo, Qualidade de Voo Isaque Adam 9480 1
19 Desempenho, Ensaios de Voo, Manual de Operação Fidel Carreiro 7355 1
20 Modelo em CAD (asa e empenagem em compósito) João Martins 7166 1 919 499 311
21 Modelo em CAD (asa e empenagem em madeira) Carlos Loureiro 7674 2
22 Modelo em CAD (fuselagem e trem) Hugo Barbosa 8711
23 Modelo em CAD (instalação do motor e hélice) Paulo Teixeira 8536 2
24 Modelo em CAD (sistemas) Guida Santos 7912 1
25 Sistema de Catapulta Dariusz Musial 14261
26 Sistema de Recuperação Manuela Borges 1
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 16

Projecto I
8.16. Calendário de Trabalhos
O quadro abaixo apresenta o calendário de tarefas do projecto que deverá, na medida
do possível, ser cumprido.
Mês Set. Outubro Novembro Dezembro Janeiro Fev.
Tarefa \ Semana 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 01 02 03 04 05 06 07 08
Aulas Teóricas
Reuniões
Cargas
Des. Esquemáticos
Dimensionamentos
Optimização
Estimativa de Peso
Desenhos Finais
Construção
Redacção
Entrega do Relatório 30 21
Legenda:
Aulas teóricas e reuniões de projecto
Trabalho a desenvolver durante o semestre
Classificação e período de pré-exames
Exames
Férias
8.17. Relatório
Cada aluno deverá redigir um relatório onde incluirá todos os passos relevantes no
projecto do seu componente, incluindo configuração, decisões tomadas, esboços, cálculos,
resultados, etc.. Deverão ser também incluídos todos os desenhos técnicos necessários para a
compreensão dos componentes projectados.
O relatório deverá ser entregue até ao dia 30 de Janeiro de 2002.
8.18. Cooperação
Todos os trabalhos serão de carácter individual. Cada elemento deverá planear o seu
trabalho considerando as várias tarefas necessárias realizar e deverá proporcionar a outros
elementos toda a informação necessária, para que todo o projecto seja coerente. Este projecto
requer bastante trabalho para ser terminado dentro do prazo.
9. AVALIAÇÃO
A avaliação será feita baseada no trabalho demonstrado ao longo do semestre e no
relatório final, onde será colocado grande ênfase nas decisões tomadas com vista ao
cumprimento dos requisitos para o UAV01.
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 17

Projecto I
1. Relatório 80
2. Cooperação 20
TOTAL 100
1. Exame de Época Normal (entrega de relatório final) 30-01-2002 80
2. Exame de Época de Recurso (entrega de relatório final) 21-02-2002 80
3. Exame de Época Especial (entrega de relatório final) 07-09-2002 80
10. BIBLIOGRAFIA
Abaixo estão listados alguns livros que podem ser consultados para a realização deste
projecto. Os relatórios de projecto de anos anteriores também podem ser consultados mas
tendo em atenção que a informação neles contida pode estar incorrecta. Alguma informação
pode ser encontrada na internet.
01. Abbot & Doenhoff, Theory of Wing Sections, Dover Publications Inc, 1959
02. AIAA Aerospace Design Engineers Guide – 3rd edition, AIAA, 1993
03. Barnes W. McCormick, Aerodynamics Aeronautics and Flight Mechanics – 2nd edition,
John Wiley & Sons Inc, 1995
04. Bent McKinley, Aircraft Powerplants – 4th edition, McGraw-Hill, 1978
05. Bill Clarke, The Cessna 172 – 2nd edition, Tab Books, 1993
06. Bruce K. Donaldson, Analysis of Aircraft Structures – An Introduction, McGraw-Hill,
1993
07. Cláudio Barros, Introdução ao Projecto de Aeronaves – Volume 1 & 2, CEA/UFMG,
1979
08. Comprehensive Reference Guide to Airfoil Sections for Light Aircraft, Aviation
Publications, 1982
09. Daniel P. Raymer, Aircraft Design: A Conceptual Approach, AIAA Education Series,
1989
10. Darrol Stinton, Flying Qualities and Flight Testing of the Airplane, AIAA Education
Series, 1996
11. Darrol Stinton, The Design of the Aeroplane, Blackwell Science, 1983
12. David A. Lombardo, Aircraft Systems –Understanding Your Airplane, Tab Books, 1988
13. David J. Peery, J. J. Azar, Aircraft Structures – 2nd edition, McGraw-Hill Inc, 1982
14. Egbert Torenbeek, Synthesis of Subsonic Airplane Design, Delft University Press, 1982
15. E. H. J. Pallet, Aircraft Instruments & Integrated Systems, Longman Scientific &
Technical, 1992
16. E. H. J. Pallet, Los Sistemas Eléctricos en Aviación, Paraninfo, 1979
17. Geoff Jones, Building and Flying Your Own Plane, Patrick Stephens Limited, 1992
18. Homebuilt Aircraft Sourcebook – 5th edition, AeroCrafter, 1998
19. Ian Moir & Allan Seabridge, Aircraft Systems, Longman Scientific & Technical, 1992
20. Jane´s All the World Aircraft, 1995
21. Jan Roskam, Airplane Design – Volumes I to VIII, The University of Kansas, 1990
22. Jan Roskam, Chuan-Taw Edward Lan, Airplane Aerodynamics and Performance,
DARcorporatioon, 1997
23. JAR-23, Joint Aviation Requirements for Normal, Utility, Aerobatic and Commuter
Category Aeroplanes, 1994
24. JAR-VLA, Joint Aviation Requirements for Very Light Aeroplanes, 1990
25. John Cutler, Estructuras del Avión, Paraninfo, 1989
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 18

Projecto I
26. Krisham K. Chawla, Composite Materials – 2nd edition, Springer, 1998
27. Ladislao Pazmany, Landing Gear Design for Light Aircraft – Volumes I & II, Pazmany
Aircraft Corporation, 1986
28. Ladislao Pazmany, Light Airplane Design, Pazmany Aircraft Corporation
29. Martín Cuesta Alvarez, Vuelo con Motor Alternativo, Paraninfo, 1981
30. Michael C. Y. Niu, Airframe Structural Design, Conmilit Press Ltd., 1988
31. Michael J. Kroes & Thomas W. Wild, Aircraft Powerplants – 7th edition, McGraw-Hill,
1995
32. Michael J. Kroes & William A. Watkins & Frank Delp, Aircraft Maintenance & Repair –
6th edition, Macmillan/McGraw-Hill, 1993
33. Robert C. Nelson, Flight Stability and Automatic Control, McGraw-Hill, 1989
34. Robert M. Rivello, Theory and Analysis of Flight Structures, McGraw-Hill, 1969
35. S. Hoerner, Fluid Dynamic Drag, Hoerner Fluid Dynamics, 1965
36. S. Hoerner, Fluid Dynamic Lift, Hoerner Fluid Dynamics
37. S. Laroze & J.-J. Barrau, Mécanique des Strucutures – Tome 1, Masson, 1991
38. S. Laroze, Mécanique des Structures – Tome 2 – Poutres, Eyrolles Masson ,1988
39. S. Laroze, Mécanique des Structures – Tome 3 – Thermique des Structures & Dynamique
des Structures – 2ème edition, Masson ,1992
40. S. Laroze, Mécanique des Structures – Tome 4 – Calcul des Structures en Matérieux
Composites, Eyrolles Masson ,1987
41. Stelio Frati, L’Aliante, Editore Ulrico Hoepli, Milano, 1946
42. Stephen P. Timoshenko, James M. Gere, Theory of Elastic Stability – 2nd edition,
McGraw-Hill International Editions, 1961
43. Ted L. Lomax, Structural Loads Analysis for Commercial Transport Aircraft – Theory
and Practice, AIAA Education Series, 1996
44. The Metals Black Book – Volume 1 – Ferrous Metals, Casti Publishing Inc, 1995
45. The Metals Red Book – Volume 2 – Nonferrous Metals, Casti Publishing Inc, 1995
46. T. H. G. Megson, Aircraft Structures for Engineering Students – 2nd edition, Edward
Arnold, 1990
47. Tony Bingelis, Firewall Forward – Engine Installation Methods, EAA Aviation
Foundation, 1992
48. Tony Bingelis, Sportplane Construction Techniques – A Builder’s Handbook, EAA
Aviation Foundation, 1992
49. Tony Bingelis, The Sportplane Builder – Aircraft Construction Methods, EAA Aviation
Foundation, 1992
50. W. A. Lees, Adhesives and the Engineer, Mechanical Engineering Publications Limited,
1989
51. Y. C. Fong, An Introduction to the Theory of Aeroelasticity, Dover Publications Inc,
1993
11. FIGURAS
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 19

Projecto I
11.1. Variação do C L da Asa com o Ângulo de Ataque
Variação do C L da Asa com o Ângulo de Ataque
2,0
1,5
1,0
C L
0,5
Limpo
Aterragem
0,0
-15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0
-0,5
-1,0
α [graus]
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 21

Projecto I
11.2. Variação do C L do Avião com o Ângulo de Ataque
Variação do C L com o Ângulo de Ataque
1,4
1,2
1,0
0,8
C L
Limpo
0,6
Aterragem
0,4
0,2
0,0
-6,0 -4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0
α [graus]
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 22

Projecto I
11.3. Distribuição de Sustentação ao longo da Envergadura da Asa devido à Incidência
Distribuição de Sustentação ao longo da Envergadura da Asa
1,400
1,200
1,000
(c(y).C l )/(c.C L )
0,800
0,600
0,400
0,200
0,000
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200
2y/b
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 23

Projecto I
11.4. Distribuição de Sustentação ao longo da Envergadura da Asa devido à Deflexão dos Flaperons
Distribuição de Sustentação devido à Deflexão das Superfícies Auxiliares
1,800
1,600
1,400
1,200
(c(y).∆C l )/(c.∆C L )
1,000
0,800
0,600
0,400
0,200
0,000
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200
2y/b
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 24

Projecto I
11.5. Distribuição de Sustentação ao longo da Envergadura da Empenagem em V devido à Incidência e Deflexão
Distribuição de Sustentação ao longo da Envergadura da Empenagem V
1,400
1,200
1,000
(c(y).C l )/(c.C L )
0,800
0,600
0,400
0,200
0,000
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200
2y/b
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 25

Projecto I
11.6. Três Vistas
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 26

Projecto I
11.7. Geometria da Asa e Empenagem
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 27

Projecto I
11.8. Geometria da Fuselagem
PVG-2033/2001-01 - 20-03-02 28