MTH6301 : D.O.E. - Performance Avion Cargo

MTH6301 : D.O.E. - Performance Avion Cargo

Présenté par : Simon Michaud April

MISE EN SITUATION

Projet Avion Cargo Polytechnique

Designer et construire un avion capable de lever la plus grande masse

Compétitions S.A.E. d’Aerodesign à Los Angeles

Goliath : Los Angeles juin 2002

OBJECTIFS

1. Présenter les principes de base du dimensionnement d’un Avion Cargo

2. Refaire le dimensionnement de l’Avion Cargo (Goliath) à l’aide d ’un D.O.E. (performance)

TAMISAGE

OPTIMISATION

3. Comparer les résultats du dimensionnement D.O.E. avec résultats obtenus avec le dimensionnement traditionnel

PLAN DE PRÉSENTATION

1. Principes de base du dimensionnement 2. Dimensionnement avec D.O.E.

TAMISAGE

OPTIMISATION

3. Comparaison D.O.E. avec valeurs réelles 4. Conclusion

5. Questions

PLAN DE PRÉSENTATION

1. Principes de base du dimensionnement 2. Dimensionnement avec D.O.E.

TAMISAGE

OPTIMISATION

3. Comparaison D.O.E. avec valeurs réelles 4. Conclusion

5. Questions

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Décoller avec la plus grande masse dans Espace Cargo

Décollage 200 pi

Faire un tour de piste Atterrissage 400 pi

Volume cylindré moteur < 2 po³ Volume espace cargo > 300 po³

Règlements : Contraintes de Design

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Décoller avec la plus grande masse dans Espace Cargo

Décollage 200 pi

Faire un tour de piste Atterrissage 400 pi

Règlements : Contraintes de Design

Période critique

Dimensionnement de l ’avions fait en étudiant le décollage seulement

Hypothèse : si l ’avion décolle les autres étapes du vol

sont assurées

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Décollage défini par : 1. Période d ’accélération (et rotation) 2. Période de montée

Étude du décollage

Acceleration Rotation Takeoff

Climbing Angle

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Étude de : 1. Accélération 2. taux de monté

Développement d ’un simulateur de

décollage

Simulateur de décollage

X1 X2

...

Xn

Y1 = Masse max.

décollage

Y2 = Vitesse de monté

Facteurs influents Réponses

Étude du décollage

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Simulateur de

décollage

Σ F = ma

Traînée

Portance

Poids

Poussée Friction

Étude du décollage

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Portance : Cl_max, Cl_o, S_wing, ρ Poids : W_a/c

Poussée : T_stat

Traînée : Cd_vlof, Cd_o, A.R.,S_wing, S_ffus, ρ Friction : mu

11 Facteurs pouvant avoir un impact sur les deux variables de réponses (Poids max. et vitesse de montée)

Étude du décollage

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Paramètres aéro. : Cl_max, Cl_o, Cd_vlof, Cd_o Paramètres géo. : S_wing, A.R., S_ffus

Paramètre atmos. : ρ (fct de T et alt) Autres : W_a/c, T_stat, mu

Étude du décollage

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Paramètres aéro. : Cl_max, Cl_o, Cd_vlof, Cd_o Paramètres géo. : S_wing, A.R., S_ffus

Paramètre atmos. : ρ (fct de T et alt) Autres : W_a/c, T_stat, mu

Étude du décollage

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Paramètres aéro. : Cl_max, Cl_o, Cd_vlof, Cd_o Paramètres géo. : S_wing, A.R., S_ffus

Paramètre atmos. : ρ (fct de T et alt) Autres : W_a/c, T_stat, mu

TAMISAGE : 10 paramètres à deux modalités

Étude du décollage

PRINCIPE DE BASES DU DIMENSIONNEMENT

Σ F = ma

Simulateur de décollage

X1 X2

...

Xn

Y1 = Masse max.

décollage

Y2 = Vitesse de monté

Facteurs influents Réponses

TAMISAGE : 10 paramètres à deux

modalités

Étude du décollage

PLAN DE PRÉSENTATION

1. Principes de base du dimensionnement 2. Dimensionnement avec D.O.E.

TAMISAGE

OPTIMISATION

3. Comparaison D.O.E. avec valeurs réelles 4. Conclusion

5. Questions

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Tamisage : Modalité

-1 1

Aérodynamique 1 Clmax 1,2 2,1

2 Clo 0 0,961

3 Cdvlof 0,02 0,0454

4 Cdo 0,006 0,0168

Géométrie 5 Swing (pi2) 25 35

6 A.R. 10 18

7 S front fuse (pi2) 0,5 1

Autres 8 Tstatique (lb) 25 35

9 coeff. Frict. 0,02 0,04

10 Wa/c (lb) 20 40

10 variables à 2 modalités

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Tamisage : Plan d ’expérience

10 variables 2 modalité en 32 essais

Plan de résolution IV : Effet princ. non conf. avec inter. doubles

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Tamisage : Résultats Poids max.

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Tamisage : Résultats Vitesse de montée

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Tamisage : Analyse des résidus

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Tamisage : Résumé

Acceleration Rotation Takeoff

Climbing Angle

OBJECTIFS :

1. Maximiser le poids au décollage

2. Avoir une vitesse de montée acceptable (>5 ft/s)

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Tamisage : Résumé

Poids au décollage Vitesse de montée

CLMAX TSTAT SWING CF_FRIC

Wa/c

TSTAT AR CDVLOF

SWING CLMAX

Acceleration Rotation Takeoff

Climbing Angle

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Tamisage : Résumé

Poids au décollage Vitesse de montée

CLMAX TSTAT SWING CF_FRIC

Wa/c

TSTAT AR CDVLOF

SWING CLMAX

Acceleration Rotation Takeoff

Climbing Angle

PLAN DE PRÉSENTATION

1. Principes de base du dimensionnement 2. Dimensionnement avec D.O.E.

TAMISAGE

OPTIMISATION

3. Comparaison D.O.E. avec valeurs réelles 4. Conclusion

5. Questions

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Facteurs CONF. OPTIM.

Aérodynamique 1 Clmax 2,1

2 Clo 0,961

3 Cdvlof 0,0454

4 Cdo 0,0168

Géométrie 5 Swing (pi2) 20,30,40

6 A.R. 5,10,15

7 S front fuse (pi2) 0,5

Autres 8 Tstatique (lb) 25

9 coeff. Frict. 0,02

10 Wa/c (lb) 35

Profil avec meilleur Clmax

Plus petite S front fuse

possible Meilleure combinaison Moteur + Hélice Plus petit Coeff

Frict possible (roues) Matériaux et

design de construction plus

léger possible

Optimisation : Plan d ’expérience

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Optimisation : Plan d ’expérience

Variation de 2 facteurs (Swing et AR) à 3 modalités

Plan Factoriel complet en 9 essais

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Optimisation : Résultats

Vitesse mont.

Poids max

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Optimisation : Résultats

Poids max

Vitesse mont.

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Acceleration Rotation Takeoff

Climbing Angle

RAPPEL OBJECTIFS :

1. Maximiser le poids au décollage

2. Avoir une vitesse de montée acceptable (>5 ft/s)

Optimisation : Résultats

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Optimisation : Résultats

Swing plus grand mais Vitesse < 5 ft/s

Vitesse >5 ft/s

mais Swing trop petit

Zone = 5 ft/s

Swing max = 0.0 (30pi2)

A.R = 1.0 (15)

V = 5ft/s

ZONE OPTIMALE

Vit mont

DIMENSIONNEMENT AVEC D.O.E.

Optimisation : Résultats

Swing max = 0.0 (30pi2)

A.R = 1.0 (15)

V = 5ft/s

ZONE OPTIMALE

POIDS MAX = 86 lb

Poids max

PLAN DE PRÉSENTATION

1. Principes de base du dimensionnement 2. Dimensionnement avec D.O.E.

TAMISAGE

OPTIMISATION

3. Comparaison D.O.E. avec valeurs réelles 4. Conclusion

5. Questions

COMPARAISON D.O.E. AVEC VALEURS RÉELLES

Valeurs D.O.E Valeurs réelles(Goliath) Swing = 30 pi

A.R. = 15

Poids max = 86 lb

Swing = 30 pi

A.R. = 13.3

Poids max = 88 lb

Goliath remporte le 1^er Prix

PLAN DE PRÉSENTATION

1. Principes de base du dimensionnement 2. Dimensionnement avec D.O.E.

TAMISAGE

OPTIMISATION

3. Comparaison D.O.E. avec valeurs réelles 4. Conclusion

5. Questions

CONCLUSION

Commentaires Tamisage :

1. Excellent pour voir l’influence des paramètres sur les variables de réponses

2. Permet de savoir où investir de l’énergie pour

optimisation (ex : ajout de volet augmente Clmax)

CONCLUSION

Commentaires Optimisation :

1. Permet faire le compromis nécessaire pour décoller avec le max. de poids à une vitesse de montée acceptable

2. Graphiques excellents pour visualiser le comportement de

l ’avion pour les différentes configurations

QUESTIONS?