CONSTRUÇÃO DO UAV-01 OLHARAPO

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DA

BEIRA INTERIOR

PROJECTO DE AERONAVES II - 3692

2004/2005

CONSTRUÇÃO DO UAV-01 OLHARAPO

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ... 3 2. REQUISITOS ... 3 2.1. Motorização ... 3 2.2. Asas... 3 2.3. Fuselagem ... 3 2.4. Empenagens ... 3 2.5. Trem de Aterragem ... 4 2.6. Carga Útil... 4 2.7. Comandos e Sistemas... 4 2.8. Normas... 4 3. GEOMETRIA ... 4 3.1. Asa ... 4 3.2. Flaperon ... 5

3.3. Empenagem V (fixa e com leme de 30% da corda) ... 5

3.4. Fuselagem ... 5 3.5. Trem Principal... 6 3.6. Trem do Nariz ... 6 4. MOTORIZAÇÃO ... 6 4.1. Motor... 6 4.2. Hélice ... 6 5. MASSAS... 6 5.1. Massas... 6 6. TAREFAS... 7 6.1. Componentes Estruturais ... 7 6.1.1. Asas... 7 6.1.2. Empenagem... 7 6.1.3. Fuselagem ... 8 6.1.4. Trem de Aterragem ... 8

6.2. Componentes não estruturais ... 8

6.2.1. Motor... 8

6.2.2. Sistema de recuperação e Comandos ... 9

6.3. Tarefas Individuais... 9 6.4. Calendário de Trabalhos ... 9 6.5. Cooperação... 10 6.6. Relatório... 10 7. AVALIAÇÃO... 10 8. BIBLIOGRAFIA ... 10 9. FIGURAS ... 12 9.1. Três Vistas ... 13

9.2. Geometria da Asa e Empenagem ... 14

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1. INTRODUÇÃO

No seguimento dos trabalhos de projecto conceptual e projecto detalhado realizados nos anos lectivos de 2000/2001 e 2001/2002 sobre o UAV Olharapo pretende-se concluir a sua construção e proceder ao seu ensaio em voo. Terão que ser implementadas algumas alterações estruturais e mecânicas para resolver problemas detectados e melhorar soluções adoptadas. A motorização prevista anteriormente será substituída por um motor eléctrico sem escovas cujo projecto e construção também serão realizados.

Esta descrição do projecto apresenta 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. Alterações nos requisitos serão discutidas e acordadas pelo docente e por todos os elementos envolvidos no projecto.

2.1.

Motorização

Será projectado um motor eléctrico sem escovas do tipo “outrunner” que fará uso da geometria e estrutura prevista para o cone de cauda da aeronave. O motor deverá ter uma potência de 550 W com uma tensão de 12 V. O regime máximo deverá ser igual ou superior a 6000 rpm e o hélice deverá ser escolhido de acordo com o desempenho do motor.

2.2.

Asas

As asas são rectangulares sem enflechamento construída em madeira de pinho e balsa. Existem flaperons em cerca de 75% da emvergadura. A asa é destacável da fuselagem para transporte e arrumação.

2.3.

Fuselagem

A fuselagem será construída com casca de compósito de fibra-de-vidro/epoxy e cavernas de contraplacado de pinho. O cone de cauda é destacável para permitir remover o motor.

2.4.

Empenagens

A empenagem é em V, constituída por uma parte fixa e outra móvel. O leme terá cerca de 40% de corda relativa. A estrutura será idêntica à da asa.

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2.5.

Trem de Aterragem

O trem de aterragem é convencional e fixo. As lâminas do trem principal serão em compósito de contraplacado /vibra-de-vidro/epoxy capazes de suportar impactos no solo de 4 g. O trem do nariz terá uma perna em aço e deverá ser direccionável.

2.6.

Carga Útil

Todos os componentes electrónicos e electricos deverão ser alojados no compartimento da fuselagem reservado para o efeitto de forma a que o CG se localize na posição desejada.

2.7.

Comandos e Sistemas

Todos os sistemas da aeronave devem ser eléctricos e mecânicos, actuados por servos e/ou micro-servos. Serão usados 2 servos para os flaperons, 2 servos para os lemes de profundidade/direcção e 1 servo para a roda do nariz. A pilotagem é feita por um controlo rádio à distância e um receptor a bordo.

2.8.

Normas

As normas de projecto a utilizar, no que respeita ao dimensionamento da estrutura, serão as JAR-VLA. Todo o trabalho desenvolvido deve ter como objectivo principal a segurança.

3. GEOMETRIA

3.1.

Asa Área 0,625 m2 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

Perfil na ponta Selig SG 6042

Espessura relativa na ponta 0,100

Incidência asa/fuselagem 3,000º

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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 m2

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 (fixa e com leme de 30% da corda)

Área 0,207 m2

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 1,250 m

Largura máxima 0,150 m

Altura máxima 0,150 m

Posição da parede de fogo à frente de 25 % CMA -0,023 m Posição da parede de fogo atrás da origem 0,465 m Posição do eixo do cone de cauda acima da linha de referência 0,030 m

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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 uma roda fixa direccionável

Pneu borracha (48 mm x 20 mm)

Posição da roda à frente de 25 % CMA 0,297 m

4. MOTORIZAÇÃO

4.1.

Motor

Tipo eléctrico sem escovas tipo “outrunner”

Potência 550 W a 12 V

4.2.

Hélice

Tipo bipá de passo fixo

Diâmetro a definir

5. MASSAS

5.1.

Massas

Massa máxima na descolagem 6,0 kg

Massa vazio 4,5 kg

Carga máxima 1,5 kg

A tabela abaixo mostra as massas (kg) descriminadas dos componentes do avião.

Componente Massa % MTOM

Fuselagem 0,63 10,54 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

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Instalação do Motor 1,26 21,07 Controlos de Voo 0,50 8,36 Sistemas e Equipamento 1,76 29,43

Peso vazio 4,48 74,92

Massa vazio operacional (OEM) 4,48 74,92

Carga 1,00 16,72

Baterias 0,50 8,36

Massa máxima à descolagem (MTOM) 5,98 100,00

6. TAREFAS

Existem várias tarefas no projecto de construção 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. O projecto é um processo iterativo em que a perfeição não é possível nem necessária. Os trabalhos serão discutidos em reuniões de projecto regulares onde o progresso será discutido e as tarefas a realizar serão definadas. Os trabalhos de Projecto I do ano lectivo 2001/2002 devem ser consultados.

6.1.

Componentes Estruturais

6.1.1. Asas

1) Reparação

2) Furação para fixação à fuselagem 3) Eixos de articulação dos flaperons 4) Elementos de comando

5) Instalação dos servos

6) Revestimento de acabamento

7) Pesagem e comparação com os requisitos 8) Montagem na fuselagem

9) Desenhos 10) Relatório 6.1.2. Empenagem

1) Fabricação da nervuras 2) Fabricação das longarinas 3) Fabricação do revestimento 4) Montagem

5) Furação para fixação à fuselagem 6) Eixos de articulação dos lemes 7) Elementos de comando

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9) Revestimento de acabamento

10) Pesagem e comparação com os requisitos 11) Montagem na fuselagem 12) Desenhos 13) Relatório 6.1.3. Fuselagem 1) Acabamento do modelo 2) Fabricação do molde 3) Fabricação das cascas 4) Fabricação das cavernas

5) Furação para asas, empenagens, trens de aterragem e cone de cauda 6) Montagem e acabamentos

7) Pesagem e comparação com os requisitos 8) Montagem

9) Desenhos 10) Relatório 6.1.4. Trem de Aterragem

1) Fabricação do molde da perna principal 2) Laminação da perna principal

3) Furação para fixação à fuselagem 4) Furação para rodas

5) Fabricação/aquisição da perna do nariz 6) Fixação das rodas

7) Elementos de comando 8) Instalação do servo

11) Desenhos 12) Relatório

6.2.

Componentes não estruturais

6.2.1. Motor

1) Projecto do motor 2) Fabricação do motor 3) Ensaio do motor 4) Escolha do hélice

5) Adaptação e instalação do hélice

6) Pesagem e comparação com os requisitos 7) Elementos de comando

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6.2.2. Sistema de recuperação e Comandos

1) Projecto do sistema de recuperação (pára-quedas) 2) Fabricação do sistema de recuperação

3) Adaptação à fuselagem 4) Elementos de comando

6.3.

Tarefas Individuais

A tabela seguinte mostra as tarefas individuais que deverão ser escolhidas na primeira semana do semestre.

Tarefa Responsável Nº Tel.

00 Coordenação Pedro Gamboa - 96 584 88 46

01 Asas 02 Empenagem 03 Fuselagem 04 Trem de Aterragem

05 Motor 06 Sistema de Recuperação e Comandos

6.4.

Calendário de Trabalhos

O quadro abaixo apresenta o calendário de tarefas do projecto que deverá, na medida do possível, ser cumprido.

Mês Fev. Março Abril Maio Junho Julho

Tarefa \ Semana 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 A. Teóricas/Reunião Asas Empenagens Fuselagem Trem de Aterragem Motor Sistema Recuperação Montagem Ensaio Relatório

Legenda: Aulas teóricas

Trabalho a desenvolver durante o semestre Semanas sem aulas

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6.5.

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 e ajuda necessárias, para que todo o projecto seja coerente. Este projecto requer bastante trabalho para ser terminado dentro do prazo.

6.6.

Relatório

Cada aluno deverá redigir um relatório onde incluirá todos os passos relevantes no projecto do seu componente, incluindo decisões tomadas, descrição do trabalho, esboços, cálculos, desenhos e fotografias. O relatório deverá ser entregue até ao dia do exame, dia 30 de Junho de 2005.

7. AVALIAÇÃO

A avaliação será baseada no trabalho ralizado ao longo do semestre e no relatório final, onde será colocado grande ênfase no trabalho de equipa e nas decisões tomadas com vista à conclusão da construção do Olharapo.

A admissão a Exame (classificação de “frequência”) requer a participação nos trabalhos do projecto e a conclusão da tarefa atribuída. A nota final é E=0,6F+0,4R e a aprovação é com E>10. Cada momento de avaliação é resumido abaixo.

1. Frequência (F) Freq

F Trabalho do semestre 09-06-2005 60 2. Exame de Época Normal (E=0,5F+0,5R1) 100

R1 Relatório 30-06-2005 40

3. Exame de Época de Recurso (E=0, 5F+0,5R2) 100

R2 Relatório 18-07-2005 40

4. Exame de Época Especial (E=0,5F+0,5R3) 100

R3 Relatório 08-09-2005 40

8. 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

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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

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

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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

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