Consejos para diseñar la estructura interna del ala del planeador


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Estoy interesado en diseñar un modelo de ala semi-monocasco a escala para un planeador. He realizado algunas investigaciones sobre el marco y la estructura interna. Me enteré de los mástiles, costillas y largueros y estoy tratando de producir un diseño con la mayor relación resistencia / peso. Estoy planeando hacer el ala de 0.5 m de largo con una longitud de acorde de 0.1 m a lo largo de la sección transversal (por lo que no se estrecha).

Aquí está mi diseño hasta ahora: planos de diseño del ala del planeador

Si algo no está claro, hágamelo saber. En mi primer diagrama, he colocado 2 mástiles a través del ala aproximadamente el 10% de la longitud del acorde desde el borde delantero y el 15% desde el borde posterior, dejando el 75% de la longitud del acorde entre los dos mástiles.

En el segundo diagrama hay un plan aproximado de cuántas costillas se usarían y dónde se colocarían: el contorno sólido es el contorno del ala, las gruesas líneas negras son los mástiles y las líneas discontinuas son las costillas.

He usado una configuración triangular, ya que el triángulo es la forma más fuerte y resiste mejor el corte, la torsión, la compresión y la tensión que cualquier otra forma. Luego, coloqué una costilla desde la esquina superior de cada uno de los 3 triángulos hasta la parte inferior de cada uno. Luego he colocado costillas (o largueros) entre cada una de las esquinas inferiores de los triángulos.

Mi pregunta es, ¿cómo puedo mejorar u optimizar ese diseño? ¿Hay una cierta cantidad de triángulos que debería usar y qué tan grandes deberían ser en relación con el ala? ¿Deberían ser triángulos equiláteros o es isósceles más fuerte? Además, ¿cuántas costillas debería considerar usar?

No estoy buscando a nadie para averiguar las cantidades exactas. Si hay algún tipo de cálculo que necesito realizar para encontrar el número óptimo de triángulos y nervios, me encantaría hacerlo. A menos que esté más allá del estándar de matemáticas / física de nivel A, entonces probablemente no pueda hacerlo. Pero me gustaría recibir consejos sobre cómo puedo resolverlo. Si mi pregunta es vaga o poco clara, infórmeme y con gusto la editaré.

Gracias


La idea de usar largueros y costillas para hacer una estructura ligera para resistir la flexión es buena, pero creo que los detalles están equivocados. Su dibujo resistirá la flexión de las puntas de las alas en la dirección longitudinal, pero las grandes cargas de flexión son en realidad verticales. Si necesita dos largueros unidos por costillas, deben estar verticalmente uno encima del otro para resistir esas fuerzas de flexión. (¡La relación de cargas verticales a longitudinales es aproximadamente la misma que la relación de deslizamiento, que debería ser al menos 10 para un diseño de ala aerodinámica razonable, y tan alta como 50 para un ala de planeador de tamaño completo "de alta tecnología")
alephzero

Buen tema ¿Prefiere las costillas intencionalmente para distribuir las cargas a los largueros? También puede usar espuma para la estructura interna y dos vigas (secciones en C).
Gürkan Çetin

Respuestas:


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Si desea diseñar algo, el primer paso es averiguar qué debe hacer el diseño, es decir, cuáles son las fuerzas que actuarán en el mástil.

Puede encontrar la carga del ala por el peso del avión más la fuerza "g" máxima que desea que sobreviva en vuelo (y en aterrizajes accidentales, ¡mientras aprende a volar!)

También debe pensar en las fuerzas de torsión en las alas: lea sobre la diferencia en la posición de los acordes del "centro de presión" y el "eje neutral" del haz creado por los largueros de sus alas.

Luego, puede encontrar las tensiones de flexión y de torsión en los largueros, y calcular qué tan grandes deben ser para transportar esas cargas.

Lo "bueno" de las vigas es que las tensiones están determinadas estáticamente , es decir, cambiar la forma de la viga no cambia el patrón de carga (excepto el cambio en el peso del ala, por supuesto).

Eso debería ayudarlo a responder su pregunta. El diseño más ligero probablemente tendrá largueros que se estrechen a lo largo de su longitud, lo que puede ser más importante que el diseño exacto de la "red" que conecta los largueros, para ahorrar peso.


Gracias por ese consejo, definitivamente leeré sobre el centro de presión y el eje neutral. En su quinto párrafo, no entiendo qué significa estáticamente determinado, ¿podría explicar eso con un poco más de detalle, por favor?
AkThao

Cuando dice 'la forma de la viga no cambia el patrón de carga', ¿eso significa que la forma de la sección transversal de los largueros no afecta la cantidad de peso que puede soportar?
AkThao

No exactamente. La forma de la viga no cambia la fuerza de corte y el momento flector en ninguna posición a lo largo de la longitud de la viga, pero sí cambia la forma en que el esfuerzo varía sobre la sección transversal de la viga. Es el estrés (máximo) que rompe las cosas, no la fuerza total. Por lo tanto, el proceso de diseño se puede realizar en dos pasos separados: primero encuentre las fuerzas y los momentos de flexión, y luego encuentre la forma más pequeña (o más ligera) en cada sección que resista esas fuerzas sin romperse.
alephzero

"Estéticamente determinado" significa que la distribución de la carga en la estructura no depende de la rigidez relativa de las diferentes partes de la estructura, es decir, puede calcular la distribución de la carga y luego calcular las tensiones y deflexiones, como dos pasos separados. Eso hace que encontrar el efecto de los cambios al diseño muy mucho más fácil de hacer que en la situación general en la que "todo depende de todo lo demás."
alephzero
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