CAPÍTULO 5. Estimativa do Peso Máximo de Decolagem e Posição do CG de uma Aeronave. Posição do CG (Longitudinal) Xcg [m] C C. h h C C C C.

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CAPÍTULO 5

Estimativa do Peso Máximo de Decolagem e Posição do CG de uma

Aeronave

Elemento da Aeronave Peso [kgf] Posição do CG (Longitudinal) Xcg [m] Posição do CG (Vertical) Zcg [m] Observação Asa S S W W w w        _  C C cg X cg X w w           _Zcgw _- Emp. Horizontal h h h h S S W W _       _h h h h C C cg X cg X              _Zcgh _- Emp. Vertical v v v v S S W W _       _v v v v C C cg X cg X              _Zcgv _- Canard c c c c S S W W _       _c c c c C C cg X cg X              _Zcgc _- Fuselagem f f f f V V W W _        _f f f f L L Xcg Xcg _        _Zcgf _- Grupo Moto-Prop Wmp Xcgmp Zcgmp Motor+hélice +berço

Tanque comb. _Wt _Xcgt _Zcgt Tubos

incluidos

Servo do motor _Wsm _Xcgsm _Zcgsm -

Trem Principal _Wtp _Xcgtp _Zcgtp Suporte + 2

rodas

Trem do Nariz _Wtn _Xcgtn _Zcgtn Suporte +

roda

Servo T_Nariz _Wstn _Xcgstn _Zcgstn -

Receptor rádio _Wr _Xcgr _Zcgr

-

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Lf X CG X_Aw X_Ah Xcgw Xcgh Xcgw X_Av Xcgv Xcgh Xcgt Xcgsb Xcgtn Xcgtp X Y X_w Xcgf

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5.2 Peso dos Elementos Estruturais

Tabela: Relação entre o peso e a área em planta



Ww S



e posição do CG em relação a corda média aerodinâmica



Xcgw C



de asas de aeronaves rádio controladas, para

diferentes métodos de construção.

Aeronave _     S Ww (Kgf / m2)           C cg X _w Conf Estr. Observações

AER - 2001 1,64 0,40 a Feita de isopor (núcleo da asa), revestida com folha de madeira cedro

Aerolovers 1,67 0,40 a Feita de isopor (núcleo da asa), revestida com folha de madeira cedro

Leviatã 2003 1,78 0,40 a Feita de isopor (núcleo da asa), revestida com folha de madeira cedro

Leviatã 2004 1,30 (Estimado)

0,40 c Estrutura de madeira, feita com longarina e nervuras e revestimento de monokote

Montenegro 1,19 0,40 c Estrutura de madeira: longarina, nervuras e revestimento de monokote UAV – ITA 1,8 0,40 c (*) Estrutura de madeira, feita com

longarina e nervuras e revestimento de madeira (balsa e compensado)

Áquila - 07 1,8 Estrutura de madeira: longarina, nervuras e revestimento de monokote 1,13 Configuração s/ servos dos ailerons Hovergama- 07

1,28

(c)

Configuração c/ servos e cabos

100 limites- 08 1,20 0,46 d Estrutura de madeira: longarina, nervuras e revestimento de monokote

Ct  b Cr y C_ CG cg X 

Y 

X 

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Nota 1: A configuração estrutural c (*), implementada para o UAV-ITA é mias pesada devido aos requisitos de maior esforço sobre a asa e maiores coeficientes de segurança. Devido a isto, a relação peso por área ficou bem mais alta que as demais aeronaves que utilizam a mesma configuração para o projeto estrutural.



W_h S_h





Xcg_h C_h



de empenagens horizontal (ou canard) de aeronaves

rádio controladas, para diferentes métodos de construção.

Aeronave       h h S W (Kgf / m2)          h h C cg X  Conf Estr. Observações

AER - 2001 0,40 a Feita de isopor (núcleo da asa), revestida com folha de madeira cedro

Aerolovers 0,40 a Feita de isopor (núcleo da asa), revestida com folha de madeira cedro

Leviatã 2003 0,40 a Feita de isopor (núcleo da asa), revestida com folha de madeira cedro

Leviatã 2004 0,40 c Estrutura de madeira, feita com longarina e nervuras e revestimento de monokote

Montenegro 0,40 c Estrutura de madeira, feita com longarina e nervuras e revestimento de monokote

UAV – ITA 0,40 c (*) Estrutura de madeira, feita com longarina e nervuras e revestimento de madeira (balsa e compensado)

Hovergama-07

100 limites-08 1,08 0,45 d Estrutura de madeira, feita com longarina e nervuras e revestimento de monokote

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Empenagem Vertical



W_v S_v





Xcg_v C_v



e



Zcgv Cv



de empenagens vertical de aeronaves

rádio controladas, para diferentes métodos de construção.

Aeronave       v v S W (Kgf / m2)          v v C cg X           v v C cg Z  Conf Estr. Observações AER - 2001 Aerolovers Leviatã 2003 Leviatã 2004 Montenegro UAV – ITA

100 limites-08 1,27 0,44 - d Estrutura de madeira, feita com longarina e nervuras e revestimento de monokote

Ctv v bv Crv Z C_v CG

cg

X

Z 

X 

cg Z

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5.2.2 Fuselagem

Figura com a configuração adotada para o projeto estrutural da fuselagem Tabela: Peso para fuselagem

Elemento Peso

(gramas)

Observações

Fuselagem 500 Feita com cantoneiras de alumínio coladas Fuselagem

Cone de cauda 100 20% do peso da fuselagem

5.2.3 Trem de pouso

Tabela: Peso para o trem de pouso

Elemento Componente Peso (grf )

Observações

Roda 62 Diâmetro de 3,5” – Material: borracha Eixo da roda 17 São usados 2 (1 em cada roda)

Travamento da roda 17 São usados 2 (1 em cada roda) Suporte 350 Feito com chapa de alumínio Elemento de fixação 110 Chapa de alumínio e parafusos

Total 654 Rodas: 2; Eixo: 2; Travamento: 2; Suporte: 1; Elemento de fixação: 1

Roda 62 Diâmetro de 3,5” – Material: borracha Eixo da roda 17 Somente 1

Travamento da roda 17 Usado somente 1

Suporte 56 Haste de alumínio

Elemento de fixação 38 Alumínio, parafusos e retentores

_Total ₁₉₀ _{Rodas: 1; Eixo: 1; Travamento: 1; Suporte: 1;} Elemento de fixação: 1

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5.3 Peso do Sistema Propulsivo

Tabela: Peso e potência de motores utilizados em aeronaves rádio controladas

Marca Modelo Potência (Hp)

Peso (kgf)

Observação

Moki 22cc 3,5 0,8 Ignição eletrônica; 1 cilindro Moki 30cc 4,0 1,3 Ignição eletrônica; 1 cilindro Moki 45cc 4,9 1,7 Ignição eletrônica; 1 cilindro Moki AW 60 6,5 2,2 Ignição eletrônica; 2 cilindro OS 61 FX 1,9 0,55 1 cilindro

OS 1.4 RX 3,5 0,84 1 cilindro

Zenoah G230PUH 1,8 1,63 Gasolina; 1 cilindro Zenoah G 45 3,3 2,1 Gasolina; 1 cilindro Zenoah G 62 4,75 2,4 Gasolina; 1 cilindro K&B PN 6170 1,8 0,62

Tabela: Pesos de hélices para motores de aeronaves rádio controladas.

Hélice: NO Marca - Modelo Diâmetro - Passo Pêso (gr.) 1 APC – C2 11 x 7 42 2 APC – C2 11 x 6 43 3 APC – C2 11 x 7 44 4 APC – C2 11 x 4 43 5 APC – C2 12 x 6 48 6 APC – C2 12 x 6 48 7 APC – C2 12 x 8 50 8 APC – C2 12 x 7 45 9 APC – C2 12,25 x 3,75 43 10 APC – C2 13 x 6 49 11 APC – C2 13 x 6 49

12 Bolly Club Man 12,5 x 8 49

13 APC – C2 14,32 x 8 91 14 APC – C2 16 x 8 102 15 Top Flite 14 x 4 28 16 JC Super 13,5 x 3,5 30 17 JC Super 14 x 3 38 18 JC Super 14 x 3,5 42 19 JC Super 14 x 3,5 43 20 JC Super 14,5 x 3 44 21 Windsor Propeller 10 x 4 23 22 Windsor Propeller 10 x 6 22

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Dimensionamento do Tanque de combustível

Para o dimensionamento do tanque de combustível pode ser seguida a seguinte regra prática: Para que a aeronave tenha uma autonomia entre 20 e 25 minutos, o volume do tanque de combustível pode ser calculado através da seguinte equação

Cil Cil V V t t        onde

V_t Volume do tanque de combustível [OZ]        Cil V_t

Volume do tanque por cilindrada do motor [OZ / CID] Cil Cilindrada do motor [CID - polegadas ao cubo ] Como mencionado acima, para uma autonomia de 20 a 25 minutos

       Cil Vt 20 OZ/CID ou.        Cil Vt 591,4 ml /CID

Uma vez que o volume do tanque tenha sido calculado, basta utilizar a massa especifica do combustível usado para determinar o peso de combustível, quando o tanque esta completo.

Tabela: Volume e dimensões de tanques de combustível utilizados em aeronaves rádio controladas (Marca – DUPRO)

Modelo Volume (oz/cc) Dimensões (pol) C x L x A

402 2 / 59 1 5/16 x 1 13/16 x 2 3/4 406 6 / 177 1 7/8 x 2 3/16 x 3 7/8 412 12 / 355 2 ¼ x 2 9/16 x 5 3/8 414 14 / 414 2 3/8 x 2 11/16 x 5 3/8 420 20 / 591 2 ½ x 3 1/16 x 7 690 32 / 946 3 x 3 11/16 x 7 3/4 691 40 / 1182 3 ¼ x 4 x 8 692 50 / 1480 3 ½ x 4 3/8 x 8 3/8 Tanque de combustível Marca Dupro

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Tabela: Massa específica de tipos de combustível utilizados em aeronaves rádio controladas.

Tipo de Combustível Massa específica (kg/m3)

Gasolina 740

Tabela: Combustível Glow – combustível, muito usado em aeromodelos, que tem como base o metanol e inclui nitrometano em sua mistura. Muitas vezes conhecido pela porcentagem de nitrometano incluída, ou seja, 10% de nitro, 25% de nitro etc..

Metanol (%) Nitrometano (%) Densidade (g/cm3) Metanol (%) Nitrometano (%) Densidade (g/cm3) 100 0 0,79 45 55 0,977 90 10 0,824 40 60 0,994 85 15 0,841 35 65 1,10 80 20 0,858 30 70 1,03 75 25 0,875 25 75 1,05 70 30 0,892 20 80 1,06 65 35 0,909 15 85 1,08 60 40 0,926 10 90 1,10 55 45 0,943 0 100 1,13 50 50 0,96 - - -

5.4 Peso do Sistema de Pilotagem

Tabela: Peso e dimensões de componentes do sistema de controle da aeronave.

Item Compr. (mm) Largura (mm) Altura (mm) Peso (gr) Observação Receptor R127 DF 64,3 35,8 21,0 41 RC para 7 canais Receptor R 124 F 33,2 16,2 15,7 8,5 RC para 4 canais Bateria Nicd 50,5 28,3 28,3 97 Voltagem: 4,8 V

Capacidade: 500 mAh

Bateria Nicd 150 Voltagem: 6,0 V

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Tabela: Sevo-motores da marca Hobbico

Classe _{Especificação} Torque

p/ 4,8 V Veloc. P/ 4,8 V (seg/60o) Peso (gr) Dimensões LxWxH (mm) HCAM 0090: CS-5 Hi Speed Nano

Modelos muito pequenos (elétricos)

16,7 oz.in 1,2 kgf.cm

0,11 10,0 22 x 11 x 20

HCAM 0110: CS-12 Hi Speed Micro Servo Modelos pequenos (elétricos), planadores

0,11 18,0 30 x 13 x 28

HCAM 0111: CS-12MG Hi Speed Micro Idem ao CS-12 c/ engrenagens metálicas

0,11 19,0 30 x 13 x 28

HCAM 0120: CS-35 Mini servo Hi Torque Aplicações c/ espaço restrito p/ o servo

0,14 27,0 33 x 18 x 31

HCAM 0121: CS-35MG Mini servo Hi Torque Idem ao CS- 35 c/ engrenagens metálicas

0,14 31,0 33 x 18 x 31

HCAM 0130: CS-55 Standard Deluxe Modelos de avião e helicópteros

0,20 46,0 41 x 20 x 36

HCAM 0149: CS-60 Servo Standard Sport Servos padrão p/ inúmeras aplicações

0,19 49,0 41 x 20 x 36

HCAM 0165: CS-64 Servo Hi Torque BB Servo padrão p/ aplicações c/ alto torque

0,18 50,0 41 x 20 x 39

HCAM 0170: CS-65 Servo Hi Torque Sta. BB Servo padrão p/ competição e uso geral

0,16 49,0 41 x 20 x 38

HCAM 0180: CS-67 Servo Standard 2 BB Aplic. onde precisão e op. suave são requerido

0,20 46,0 41 x 20 x 36

HCAM 0140: CS-59 Servo Low profile Modelos grandes – usado em ailerons

0,18 35,0 43 x 23 x 25

HCAM 0160: CS-63 Servo Low Profile p/ retr. Alto torque p/ trem retrátil (resina ou metal)

0,50 35,0 43 x 23 x 25

HCAM 0191: CS-70MG Servo Metal BB Modelos “Giant” – Alto torque

107 oz.in 7,7 kgf.cm

0,24 60,0 41 x 20 x 38

HCAM 0205: CS-73 Servo p/ ¼ escala 2BB Modelos grandes

153 oz.in 11 kgf.cm

0,28 110,0 59 x 29 x 50

HCAM 0210: CS-80 Servo BB “Giant Scale” Servo extra potente – carros, barcos e aviões

275 oz.in 20 kgf.cm

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Divisão de Engenharia Aeronáutica

Figura : Dimensões que aparecem na especificação do servo Futaba - S136G: 45,2 x 22,7 x 25,4 mm. Esta informação indica os valores do comprimento x largura x altura, como pode ser observado acima.

Tabela: Sevo-motores da marca Futaba

Classe _{Especificação} Torque

p/ 4,8 V Veloc. P/ 4,8 V (seg/60o) Peso (oz) Dimensões LxWxH (mm)

FUTM047: S3111 Micro Servo J 8,3 oz.in

kgf.cm

0,12 0,23 23 x 10 x 20

FUTM0037: S3103 Micro Mini 17,0 oz.in

kgf.cm

0,11 0,3 23 x 10 x 20

FUTM0034: S3102 Aircraft Micro 51,4 oz.in

kgf.cm

0,26 0,7 25 x 13 x 31

FUTM0029: S3001 Standard 44,4 oz.in

kgf.cm

0,23 1,6 41 x 20 x 36

FUTM0030: S3002 Mini 52,7 oz.in

kgf.cm

0,26 1,2 31 x 15 x 31

kgf.cm

0,23 1,3 41 x 20 x 36

kgf.cm

0,20 1,4 41 x 20 x 38

FUTM0036: S3104 ¼ Scale 127,7 oz.in

kgf.cm

0,21 3,4 61 x 31 x 51

FUTM0115: S9206 Heli/Airplane High Torque 131,7 oz.in

kgf.cm

0,19 1,9 41 x 20 x 38

FUTM0051: S5301 High-Torque ¼ Scale 233,2 oz.in

kgf.cm

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Divisão de Engenharia Aeronáutica

Tabela: Peso e dimensões de componentes do sistema de pilotagem automática.

Item Compr. (mm) Largura (mm) Altura (mm) Peso (gr) Observação MP2028g 100 40 - 28 Piloto Automático c/

sensor de pressão incluso

MP2028g AGL 40 38 15 18 Altímetro ultrasônico (h < 16 ft)

MP-Servo 31 48 13 6 Placa p/ conexão de

servos

MP-ANT 34 25 10 32 Antena de GPS

5.5 Metodologia de Cálculo do Peso Máximo e do CG da Aeronave

Pesos - 100 Limites 2008 Elemento da Aeronave Peso Posição do CG (Longitudinal) Xcg Posição do CG (Vertical) Zcg Observação Asa 1,2 kg/m2 0,46 - Longarina de balsa e carbono Emp. Horizontal 1,08 kg/m2 0,45 - Longarina balsa Emp. Vertical 1,27 kg/m2 0,44 - Longarina balsa Fuselagem 37,1 kg/m3 0,42 - Balsa e carbono

Grupo Moto-Prop 780 g 0,50 - -

Tanque comb. 50 g 0,50 - 4 oz

Servo do motor 47 g 0,50 - Standard

Trem Principal 80 g 0,50 - Balsa e fibra de vidro

Trem do Nariz 120 g 0,50 - Aço

Servo T_Nariz 47 g 0,50 - Standard

Receptor de rádio 55 g 0,50 - -

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Divisão de Engenharia Aeronáutica

Pesos: Equipe Áquila

Grupo

Itens

Peso (g)

Observações

Estrutura + revestimento 1105 Revestimento de monocote

Servos (Cs-60)+cruzeta 92 1 servo em cada aileron

Asa

Cabos eletricos 20

1217

Estabilizador 352 Ver nota 1 abaixo

Emp.

Horizontal

Profundor 180 532 Ver nota 1 abaixo

Estabilizador 238 Ver nota 1 abaixo

Emp.

Vertical

Leme 83 321 Ver nota 1 abaixo

Fuselagem

C/ parede de fogo, cx de servos do profundor e leme

1040 1040 Fuselagem feita de treliça de

cantoneiras de alumínio.

Suporte feito de alumínio 352

Rodas de borracha de 3,4 pol. 192 Cada roda pesa 96 g.

Trem de

pouso

principal

Fixação do trem na fuselagem 110

654

Chapa metálica e parafusos Suporte da roda

56

Haste metálica (alumínio)

Roda de borracha de 3,5 pol. 96 Cada roda pesa 96 g

Trem de

pouso do

nariz

_{Fixação na parede corta fogo} ₃₈ 190 _{Peça de alumínio, p/ permitir}

movimentação da roda.

Motor c/ hélice e spinner 780 Escapamento incluido

Berço p/ fixação do motor 48 Feito com alumínio

Parafusos e porcas (4) do berço 20 Fixação na fuselagem

Grupo

Moto-propulsor

_{Parafusos e porcas (4) do berço 20} 868 _{Fixação do motor no berço}

Tanque de combustível 35

Sistema

combustível

Combustível 180 215

Receptor de rádio 40

Cabos e chave liga/desliga 55

Sistema de

recepção

Bateria 85 180

Servo do motor (Cs-60) 46 46 Usado p/ controle do motor

Servo do leme (Cs-60) 46 46 Instalado na fuselagem

Servo do profundor (s148) 52 52 Instalado na fuselagem

Atuadores

Servo da Bequilha (Cs-60) 46 46 Instalado na fuselagem

Grupo

Peso

(grf)

Área

(m2)

Peso / área (kgf/m2)

Observações

Asa 1217 0,657 1,85 Estrutura de madeira balsa com 2 longarinas

Emp. Horiz 532 0,193 2,76 Isopor e revestimento de fibra de vidro

Emp. Vert 321 0,043 7,48 Isopor e revestimento de fibra de vidro

Fuselagem 1040 0,0369 m3

28,2 kgf/m3

Estrutura c/ cantoneiras de alumínio coladas

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Divisão de Engenharia Aeronáutica

Equipe Hovergama 2007

Grupo

Itens

Peso (g)

Observações

Asa

Completa e entelada c/ monokote. Sem servos. 833 833

W/S = 1,125 kgf/m2 (s/ servos) W/S = 1,28 kgf/m2 (c/ servos)

Cauda

completa

Empenagens horizontal e vertical + boom 483 483

Nariz 140 Fibra de carbono

Pare central + cone de cauda 315 Fibra de carbono c/

revestimento de vinil.

Fuselagem

Porta compartimento de carga 35

490

Folha de fibra de vidro

Trem de

pouso

principal

Com suporte, rodas, rolamentos e parafusos de fixação 218 218

Trem de

pouso do

nariz

Com suporte, rodas, rolamentos e estrutura de fixação e movimentação

142 142

Motor c/ hélice e spinner 780 Escapamento incluido

Berço p/ fixação do motor 48 Feito com alumínio

Parafusos e porcas (4) do berço 20 Fixação na fuselagem

Grupo

Moto-propulsor

_{Parafusos e porcas (4) do berço 15} 863 _{Fixação do motor no berço}

Tanque de combustível 35

Sistema

combustível

Combustível 180 215

Receptor de rádio 40

Cabos e chave liga/desliga 55

Sistema de

recepção

Bateria 85 180

Servo do motor (Cs-60) 46 46 Usado p/ controle do motor

Servo do leme (Cs-60) 46 46 Instalado na fuselagem

Servo do profundor (s148) 52 52 Instalado na fuselagem