Ilouanu Octavian Ca2641 [624920]

1

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAȘOV
Facultatea de Inginerie Tehnologică și Management Industrial
Departamentul de Ingineria Fabricației

PROIECT DE DIPLOMĂ

Student: [anonimizat]: Construcții Aerospațiale
nr. … …………..

Conducător științific : Șef lucr.dr.ing. SEBASTIAN MARIAN ZAHARIA

Brașov

2018
3

PROIECTAREA ȘI ANALIZA PERFORMANȚELOR
AERODINAMICE ALE UNEI ARIPI CU BORD DE
ATAC ONDULAT.
TEHNICI DE REPARAȚIE ALE SUPRAFEȚELOR
DE COMAND Ă.

Student: [anonimizat]: Construcții Aerospațiale
grupa 2641

Conducător științific : Șef lucr.dr.ing. SEBASTIAN MARIAN ZAHARIA

Cuprins
4

CUPRINS

CUPRINS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 4
Partea I. Proiectarea și calculul aripi cu bord de atac ondulat …………………….. 6
1. Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională ………………………….. ….. 6
1.1. Istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 6
1.2. Structura aeronavei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 7
1.3. Stadiul actual al aeronavelor cu aripa clasica ………………………….. ………………………….. … 9
1.4. Aripi cu structură neconvențională, structuri adaptive ………………………….. ………………. 10
1.5. Obiectivele lucrării ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 18
2. Reglementări aeronautice specific e avioanelor de transport ………………………….. ………. 19
3. Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse ………………………….. ……………….. 22
3.1. Stabilirea soluției constructive propuse. ………………………….. ………………………….. ……… 22
3.2 Proiectarea soluției constructive propuse ………………………….. ………………………….. …….. 28
4. Calculul sarcinilor pe aripă ………………………….. ………………………….. ………………………….. 39
4.1. Calculul sarcinilor globale aerodinamici pe aripa ………………………….. …………………….. 39
4.2. Calculul sarcinilor globale masice pe aripa ………………………….. ………………………….. …. 39
4.3. Calculul sarcinilor distribuite ………………………….. ………………………….. ……………………. 40
5. Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 42
5.1. Analiza aerodinamica a aripi ondulate ………………………….. ………………………….. ……….. 42
5.2. Studiu comparativ între aripa clasică și aripa neconvențională ………………………….. ….. 56
6. Analiza cu element finit al aripii ondulate ………………………….. ………………………….. …….. 61
6.1. Descrierea analizei cu element finit ………………………….. ………………………….. …………… 61
6.2. Analiza aripii ondulate ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 61
6.3. Analiza rezultatelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 64
Partea a II -a. Aspecte tehnologice. ………………………….. ………………………….. …… 67
7. Analiza principalelor tehnici de reparație specifice aripii ………………………….. …………… 67
7.1. Pregătirea Aripii pentru reparația capitală ………………………….. ………………………….. ….. 67
7.2. Repar ația învelișului aripii ………………………….. ………………………….. ……………………….. 67
7.3. Reparatia bordului de atac al nervurilor ………………………….. ………………………….. ……… 68
7.4. Reparatia lonjeroanelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 69
7.5. Reparația liselor Aripii ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 69
7.6. Reparația compartimentului etanș la aripile cu rezervoare integrate pentru combustibil
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 70

Cuprins
5
8. Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate din
materiale compozite. Studiu de caz. ………………………….. ………………………….. ………………….. 71
8.1. Identificarea scheme i de reparație aplicabila ………………………….. ………………………….. 71
8.2. Stabilirea limitelor de defect acceptabil ………………………….. ………………………….. ……… 72
8.3. Studiu de caz: Reparație flaps din material compozit ………………………….. ……………….. 74
9. Tehnologia de printare 3D. Aplicație aripă ondulată ………………………….. …………………. 83
9.1. Tehnologia de printare 3D generalitati ………………………….. ………………………….. ……….. 83
9.2. Principii generale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 83
9.3. Aplicație aripă ondulată ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 83
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 89
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 90
ANEXE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 92

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
6

Partea I. Proiectarea și calculul aripi cu bord de atac ondulat

1. Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională

1.1. Istoric

Zborul a fost un fenomen care a fost in atenția omului încă din cele mai vechi timpuri. Istoria
aviației are o durata de peste doua milenii de ani. Astfel cele mai vechi obiecte zburătoare de om
pot fi considerate zmeiele realizate prin anul 200 ihr. in China si cu ajutorul lor o persoana putea
survola teritoriul inamic. Dorința omului de a zbura este ilustrată și în literatura mitologică din
diverse culturi. Un exemplu îl consti tuie mitul lui Icar care și -a construit aripi din pene și ceară.
De asemenea în Ramayana, prin termenul Vimana sunt evocate palate și mașini zburătoare. Un
aparat de zbor straniu, asemănător unei nave cosmice, este descris și în Biblie, în Cartea lui
Ezech iel.
În secolul al IX -lea, savant arab Abbas Ibn Firnas construiește un planor cu care survolează dealul
Jabal al -'arus. Încercând să revină la locul de plecare, se prăbușește rănindu -se. De aici ajunge la
concluzia că aparatul de zbor trebuia să fie prevă zut și cu coadă, ce ar fi avut rol în menținerea
echilibrului și stabilizarea direcției.
Aspirația spre zbor a lui Leonardo da Vinci a fost reprezentata prin diverse proiecte deși geniul
renascentist nu a reușit sa -si pună in practica ideile. Leonardo da Vinci rămâne totuși cu conceptul
lui de elicopter si de planor la care partea inferioara a aripilor era fixa, iar la extremități avea niște
suprafețe pentru control.
Aviația in sensul modern ,implica zborul controlat cu aparate mult mai grele decât aerul.F rații
Wright in 1900,inspirati de lucrările lui Lilienthal, experimentează zborul cu planorul. In
conformitate cu Institutul Smithsonian și Federația Aeronautică Internațională (FAI),ei au realizat
primul zbor controlat de la bord cu un aparat mai greu dec ât aerul. Prima traversare a Atlanticului
a fost reușită de aviatorii britanici John Alcock și Arthur Brown în iunie 1919. Dar cea care a intrat
în istorie este cea a lui Charles Lindbergh din 1927.

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
7
În perioada postbelică, în condițiile adâncirii interdep endențelor economice internaționale,
reglementarea relațiilor economice dintre state a devenit necesitate obiectivă, urmărindu -se prin
aceasta coordonarea modului de acțiune a statelor în domeniul politicilor comerciale. Datorită
importanței pe care o prez intă activitatea de transport aerian internațional, încă din perioada
interbelică s -a pus problema codificării principiilor și regulilor după care să se desfășoare această
activitate. Acest fapt a impus ca statele europene să încerce o organizare a zboruri lor cu activități
comerciale pe bază de norme, de legi și acorduri. Venind în sprijinul politicii comerciale
internaționale, în cadrul activității cu caracter aeronautic, încă din perioada interbelică au fost
adoptate primele acorduri și convenții între st ate. Astfel pentru efectuarea zborurilor între state, în
anul 1919, la Paris, s -a pus problema reglementării activității internaționale, fapt care a dus la
adoptarea Convenției de la Paris din 13.10.1919. Statele părți la această convenție au fost în număr
de 27 și Convenția a fost adoptată la data de 13 octombrie 1919. Aceasta Convenție este primul
instrument juridic internațional multilateral în domeniul dreptului aerian. Datorită insuficienței
reglementărilor existente în Convenția de la Paris din 1919,C onvenția de la Varșovia din 1929 și
Comisia Internațională de Navigație Aeriană(C.I.N.A.), precum și după adoptarea unor convenții
între state, guvernele statelor reunite în decembrie 1944 la Chicago, au ajuns la concluzia, că,
pentru a se asigura dezvolta rea aviației civile internaționale într -un mod sigur și ordonat și pentru
ca serviciile internaționale de transporturi aeriene să poată fi întemeiate pe o bază de posibilități
egale pentru toți și să fie exploatate într -un mod sănătos și economic, este nec esar încheierea
convenției prin care conform articolului 43 “se instituie o organizație care va purta denumirea de
Organizația Aviației Civile Internaționale”. Acesta convenție a intrat în vigoare la 4 aprilie 1947,
totodată hotărându -se încetarea activită ții Comisiei Internaționale de Navigație Aeriană (C.I.N.A.)
care a fost înlocuită cu Organizația Aviației Civile Internaționale (O.A.C.I.). România a aderat la
această convenție în anul 1965.12 Ulterior transporturile aeriene civile internaționale s -au
organizat și se desfășoară pe baza unor convenții guvernamentale internaționale sub egida
Organizației Aviației Civile Internaționale.

1.2. Structura aeronavei

Aerodina este un vehicul aerian „mai greu decât aerul” care se menține în atmosferă datorită
mișcării lui de înaintare[1], fiind construit pe principiul zborului mecanic, care desemnează toate
mașinile aeriene capabile de zbor, dar care nu sunt aerostate (care nu se bazează pe principiul
plutirii corpurilor). Aerodinele se împart in trei categorii: ornitoptere, elicoptere, aeroplane. In
aceasta lucrare se vor aborda doar aeroplanele care se împarte in doua categorii: avioane si

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
8
planoare. Astfel, avionul este o aerodină prevăzută cu o suprafață portantă ce asigură sustentația
datorită vitezei de depl asare. Viteza de deplasare este asigurată de acțiunea unor grupuri
motopropulsoare. [MIC 01]

Forma generală și structura inițială a avionului nu au suferit multe schimbări de -a lungul timpului,
deși au fost îmbunătățite continuu. Diferite variații au fost aplicate pentru a răspunde mai bine
cerințelor tehnologice și aerodinamice ale timpului. Forma, configurația și structura avionului este
influențată și de forțele care acționează asupra lui în timpul zborului dar și la sol: greutatea,
tracțiunea (dată de m otoare), rezistența la înaintare și portanța. Portanța ( P ) și rezistența la
înaintare ( R ) se calculează funcție de coeficienții de portanță ( C z ) și de rezistență la înaintare (
Cx) la o anumită incidență α).Acești coeficienți se măsoară pe stand în t unele aerodinamice sau cu
ajutorul programelor software specializate in curgerea fluidelor.

Forma exterioară a avionului, dimensiunile, motorizarea, organizarea structurală a componentelor
sale îi influențează direct performanțele. Avionul este un aparat complex alcătuit în mod normal
din patru subsisteme: structura de rezistență, sistemul de propulsie, echipamentele de bord și
aparatele de comandă a zborului, instalațiile și mecanizarea aeronavei.

Ampenajele sunt elemente care reprezintă pentru aeronavă "organele" de echilibru, stabilitate și
comandă. Se compun de regulă din ampenajul vertical format din direcție (partea fixă) și derivă
(partea mobilă) și ampenajul orizontal format din stabilizator
(partea fixă) și profundor (partea mobilă). [BER 80]

Fuze lajul este partea aeronavei în care este plasată cabina piloților, cabina pasagerilor,
încărcătura de transport și cea mai mare parte a echipamentelor și instalațiilor de bord.
El reprezintă corpul central de care se leagă aripa, ampenajele și trenul de at erizare.
Fuzelajul trebuie să aibă o rezistentă la înaintare minimă. De aceea forma sa trebuie să
fie aerodinamică, să aibă cât mai puține proeminențe.

Aripa in zborul aerodinamic, bazat pe forța portantă, este cea mai importantă parte a avionului.
Împreu nă un ampenajele, aripa asigură sustentația, stabilitatea și manevrabilitatea avionului. În
general aripa este compusă din structura de rezistență, înveliș exterior, rezervoarele integrate de
combustibil, aparatura hidro -pneumatică aferentă comenzilor de z bor si a dispozitivelor de
hipersustentație care cresc portanța în fază de decolare și aterizare. La unele avioane motoarele
sunt montate sub aripă sau chiar în aripă. Structura clasică a unei aripi este realizată din lonjeroane

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
9
dispuse longitudinal de -a lungul aripii, rigidizate din loc în loc cu nervuri. Învelișul aripii este și
el rigidizat cu lise.

Fig.1.1. Componența aripi [www 01]

1.3. Stadiul actual al aeronavelor cu aripa clasica

Aripa este una dintre cele mai importante componente ale avi onului. Ea produce forța
necesară sustentației (portanța).

Condițiile ce se impun aripii decurg din rolul ei pe avion și pot fi sintetizate în:
– condiții aerodinamice (performante aerodinamice cât mai bune);
– condiții de rezistență (rezistență și rigidi tate la o greutate minimă a structurii);
– condiții tehnologice (de fabricație și exploatare) și constructive. Acestea trebuie
astfel adoptate încât să permită o fabricație, exploatare și reparație ușoară.

Elementele constructive ale unei aripi de avion s unt: lonjeroanele, lisele, nervurile,
panourile de înveliș și alte piese componente, de rigidizare
Lonjeronul este principalul element de rezistență într -o aripă, preia cea mai mare parte
din forțele și momentele ce acționează asupra acesteia. Are aspectul unei grinzi
consolidate alcătuite din tălpi și inimă.

Nervurile sunt elemente de rigidizare transversală a aripii, montate de obicei perpendicular pe
bordul de atac al aripii. Nervurile au rolul de a păstra forma aripii și de a transmite solicitările
aerodinamice la lonjeroane și lise. Pot fi nervuri simple sau nervuri de forță, acestea din urmă
având rolul suplimentar de a prelua forțele concentrate datorate diverselor echipamente și instalații
acroșate de aripi.

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
10
Lisele sunt elemente de rigidizare monta te în lungul aripii cu rolul de a prelua solicitările axiale
datorate încovoierii aripii. Ele trebuie să fie rezistente la întindere și compresiune și măresc
rezistența învelișului la deformație. Sunt obținute tehnologic prin extrudare sau îndoire

Înveliș ul are rolul de a menține forma aripii și de a prelua eforturile datorate distribuției
de presiune pe care le transmite către lise, nervuri și lonjeroane. Este realizat din tablă
de duraluminiu sau aliaje pe bază de titan, magneziu, materiale compozite etc .

1.4. Aripi cu structur ă neconvențională, structuri adaptive

1.4.1. Introducere
Cercetătorii încearcă să treacă prin limita configurației convenționale cu aripi fixe și să proiecteze
o aripă care poate să se răsucească, să se plieze, să se mute sau să s e transforme în timpul zborului.
Pentru a face acest lucru, cercetătorii au primit ajutor de la cel mai mare învățător din toate
timpurile – natura.(zborul pasărilor)De la începutul universului, omenirea s -a inspirat din zborul
pasărilor. Cu adevărat morphing -ul aeronavelor începe la începutul aviației cu primul zbor al
fraților Wright .
Majoritatea avioanelor de astăzi dispun de un design convențional cu aripi fixe care le permite sa
facă un lucru foarte bine, dar au performante slabe in multe alte sa rcini. De exemplu, un avion
trebuie adesea să treacă de la un rol de atac la o misiune de survolare sau așteptare. Cu toate
acestea, cele două sarcini se contrazic reciproc în ceea ce privește cerințele lor de proiectare, iar
singura modalitate de a optimi za eficiența avionului este schimbarea formei aripii în zbor prin
tehnologia de mor phing. Avioanele mor phing sunt avioane multi -rol care își pot schimba în mod
semnificativ formele exterioare pentru a îndeplini cerințele misiunilor diferite în timpul zboru lui.
Tehnologia de morfing poate varia de la morphing la scara mică, cum ar fi trenul de aterizare
retractabil, flapsuri, voleti de bord de atac, pana la mophing la scara larga, cum ar fi aripile răsucite
si aripile pliante.

1.4.2. Clasificarea aeronavel or morphing

Cercetările curente a aeronavelor cu morphing se concentrează asupra schimbării semnificative a
formei aripi ce are ca efecte comportamentul diferit in timpul zborului. Aeronavele mo rphing se
clasific ă in doua categorii: aripa morphing si înve liș morphing.

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
11
Aripa morphing se subclasifica in trei categorii : modificarea formei aripi (unghiului de săgeata
,anverguri, corzi) , modificarea planului aripi din exterior (îndoirea aripi, răsucirea aripi, plierea
aripilor), modificarea profilului aripi (curb ura profilului, grosimea profilului)

a)Anvergura variabila
Un concept de aripa morphing este aripa cu anvergura variabila pentru o aripa fixa. Aripile cu
anvergura mare sunt eficiente din punct de vedere al combustibilului si al razei de acțiune dar au
o viteza de croaziera mica. Pe de alta parte aripile cu anvergura mica sunt bune la manevre de
acrobație rapide dar sunt slabe din punct de vedere aerodinamic. O aripa cu lonjeron variabil poate
integra ambele avantaje într -o singura aripa. Acest concept mă rește calitățile aerodinamice , a razei
de acțiune si a vitezei de croaziere, dar exista un risc la incastrarea aripi când aceasta se mărește
apare un moment de îndoire ce trebuie luat in considerare. Atât aeroelastic cat si aerodinamic
trebuie luat in se ama. Idea este bazata pe un mecanism telescopic al lonjeronului.

Fig.1.2. Avion cu anvergura variabila [MIL 10 ]

b) Aripa cu unghi de săgeata variabil

Următorul exemplu al unei aripi de morfing este conceptul de aripă in săgeata variabila, in care o
aripa poate sa își schimbe unghiul de săgeata in timpul zborului. Când un avion zboară cu o viteză
apropiată de viteza sunetului, aripile vor începe să vibreze și un val de unda de șoc se va forma în
spatele aripilor, ceea ce creează o rezistenta la înai ntare mare. Pentru a minimiza forța de rezistenta
la înaintare la viteze mari ,aripile se vor alungi schimbându -se unghiul de săgeata.
În 1948 a fost construit primul avion cu săgeată variabilă Bell X -5, capabil să -și modifice
săgeata aripii în zbor pe tre i poziții 20°, 40° și 60°.

Cea mai recenta aeronava de producție care utilizează aripa in săgeata variabil este Tupolev Tu –
160,a zburat prima oara in 1981.Dezavantajele asociate aripi in săgeata variabile sunt:
mecanismele grele de transmisie si mecanis mul de pivotare, care trebuie sa transmită încărcături

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
12
foarte mari, precum și complexitatea sistemului cum ar fi necesitatea de a găzdui extremitatea
aripii în interiorul fuzelajului.

Fig.1.3. Tupolev Tu -160 [MIL 10 ]
c) Aripa cu coarda variabila

Un alt concept care permite mărirea corzi aripi este găsit la aeronava LIG -7 făcută de Bakshaev.
Aceasta tehnologie a fost pusa in practica in 1937,sectiunea telescopica extinsa din fuzelaj ajuta
la mărirea suprafeței portante la viteze mici la aterizare/decola re . Succesul acestui concept este
evident in reducerea distantei de decolare de la 250m la 135 m si reducerea distantei de aterizare
de la 210 m la 110 m.

Fig.1.4. Avion cu aripa telescopica [MIL 10 ]

d) Aripi pliabile

Conceptul de aripi pliabil e este o altă tehnologie populară de morfing. Conceptul a început în 1915,
când Frederick Handley Page a inventat primul bombardier Handley page O/400 in primul război
mondial. Mecanismul pliabil de aripa a permis avionului sa încapă într-un hangar de tip Bessoneau
standard in ciuda aripilor mari. Mai târziu, in 1920 ,când a existat o nevoie tot mai mare în SUA
pentru ca avioanele să ocupă mai puțin spațiu în portavioane, inginerii lui Grumman au inventat o

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
13
aripă pliabilă numită aripa STO. Aripa STO a fost aplicat avionului Wildcat si a reușit sa sporească
capacitatea de transport a portavioanelor din al doilea război mondial cu mai mult de 50%.

Fig.1.5. Avion cu aripii pliabila [MIL 10 ]

Următorul concept se refera la transformarea unui avion biplan in avion monoplan, prototipul este
un avion militar IS -1 Shevchenko care a zburat prima data 1940.Aceasta aeronava folosea o
configurație de aripa biplană în timpul decolări respectiv aterizări si sporirea manevrabilități in
timpul misiuni militare. Pentru vi teze de zbor mari ,aripa de jos se plia peste aripa de sus.

Fig.1.6. IS-1 by Shevchenko [MIL 10 ]

e) Aripi rasucibile

Un exemplu de arip ă cu geometrie variabila este avionul jet cu aripa oblica. Prima teorie
dezvoltata pentru aripa oblica a ajuns la concluzia ca, o aeronava de transport supersonica ar putea
atinge un câștig de combustibil mai mare de doua ori decât a aeronavelor cu aripa obișnuita. La
mijlocul anilor 1970 , NASA Dryden ,a început cercetarea unei aeronave cu aripa oblica. Aripa

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
14

oblica ,pusa pe avionul AD -1 se putea roti din centrul ei de pivotare in cele mai eficiente unghiuri
pentru viteza si misiunea de zbor.

Fig.1.7. Avion cu aripa oblica [WWW 03]

Aripa oblică a lui AD -1 pivotează în jurul fuzelajului, rămânând perpendic ulară pe acesta în timpul
zborului lent și modificându -se până la unghiuri de 60 de grade in timp ce viteza aeronavei a
creste. Piloții de încercări de la Centrul de Cercetare a zborurilor din Dryden, au zburat cu aeronava
de 79 ori. Deși aripa oblica es te încă considerat un concept viabil pentru aeronavele de transport
mari, caracteristicile neplăcute ale zborului AD -1 la unghiurile de aripa extreme ar fi putut
descuraja designerii si inginerii de aeronave sa adopte aceasta configurație exceptând faptul ca
rezultatele testelor in tunelurile aerodinamice au ieșit pozitive.

Un alt exemplu de aripa irascibilă este in cazul convertoplanului conceput de Canadair CL –
84,acesta își rotește aripa dea lungul axei de anvergura, având ca efect in faza aterizări si decolări
aeronavei. Aceasta abordare s -a realizat din cauza vitezelor mici de croaziera in cazul elicopterelor
obisnuite.Cl -84 după faza decolări își modifica aria transformându -se într -un avion având si o
viteza de croaziera mare. S -au realizat 4 astfe l de aeronave in perioada 1970 -1975,dintre care 1 a
avut probleme tehnice si nu au zburat niciodată celelalte 3 au aduna in jur de 700 de zboruri pilotate
de către piloți canadieni civili si militari.

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
15

Fig.1.8. Convertoplanul Canadair CL -84 [www 04]

f) Modificarea curburi profilului

Programul demarat de NASA ce avea misiunea de a crea aripi adaptive (Mission Adaptive
Wing (MAW)) intre ani 1979 si 1984,a avut ca ținta proiectarea si testare unei aripi cu profile
variabile atât pe intrados cat si pe extr ados. Acest program s -a folosit de niște materiale flexibile
si actuatori hidraulic pentru modificarea curburi profilului.Ca rezultat programul micșorarea
rezistentei de înaintare in zborul subsonic, transonic si supersonic in toate fazele zborului.

Fig.1.9. Modele de aripi adaptive [MIL 10 ]

Caracteristicile aerodinamice ale unei aripi pot fi modificate prin ajustarea profilului aerodinamic.
În proiectare a fost propusa o structura asemănătoare cu principiul șurub piuliță, actuatori electrici
sau p neumatici au fost propuși pentru schimbarea profilelor aerodinamice. A fost propus un nou

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
16
sistem ce depinde de actuatori interni si învelișul aripi. Aliajele cu memorie de forma si alături de
servomotoare inteligente au fost implementate in aceste siste me de modificare a profilelor .

Fig.1.10. Avion care își schimb ă unghiul de săgeată [MIL 10 ]

g) Aeronave morphing în prezent și tendințe

Revenirea la aripa flexibilă, adaptivă, este un concept studiat în prezent de armata americană,
NASA, organizații de cercetare, universități americane și europene:

Avionul Morphing Flight Model își schimbă săgeata și lungimea corzii, folosind pentru înveliș un
material flexibil care se deformează după cum se modifică scheletul aripii și asigură astfel protecția
acestuia chiar la viteze mari. Încercările făcute au arătat că avionul poate să -și modifice suprafața
aripii cu 40%, anvergura cu 30% și unghiul de săgeată, de la 15° la 35°. [NIC 11]

Fig.1.11. MFX -1 Morphing Flight Model [WWW 06 ]

Conceptul Lockheed Marti n, se orientează in domeniul aripii morphing spre o aripa pliabila
care-si schimba forma din poziție complet extinsa in poziție de atac in 10 -39 secunde. Avionul
folosește învelișuri din silicon ranforsate cu metal care permit elongația de 150% in zona șar nierei.

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
17
Universitatea din Bristol a ales să se concentreze asupra avioanelor cu winglet -uri adaptive.
Acestea, mișcate în tandem permit botului avionului să se pivoteze în sus sau în jos fată de profilul
aripii și îl ajustează pentru un nou echilibru l ongitudinal. Când sunt mișcate diferențiat, winglet –
urile adaptive fac posibilă înclinarea avionului deoarece o jumătate de aripă produce mai multă
portanță decât cealaltă [NIC 11]

Fig.1.12. Avion cu winglet -uri adaptive [ WWW 05]

În lumea științifică, există în prezent certitudinea că obiective precum îmbunătățirea
performanțelor nu pot fi realizate utilizând materiale și sisteme de acționare clasice. De
aceea, efortul de concepție și de realizare a avioanelor adaptive / morphing, are ca
fundament mate rialele inteligente, cu efect de memorie a formei, precum și a sistemelor
de acționare distribuită, a sistemelor adaptive. Pe alte direcții, oamenii de știință
încearcă dezvoltarea de noi tehnologii și mecanisme adaptive / morphing, care să își
poată modif ica forma funcție de necesitățile si parametrii locali, astfel încât să răspundă
solicitărilor impuse într -un mod optim.

Morphing este o tehnologie minunata care se dovedește a fi o opțiune in conceptele
viitoare. Dintr -o cercetare a Aibus, aeronava vii torului poate fi construita folosind structura bionica
care poate fi văzută in structura osoasa a pasărilor. Este ușoara, puternica si creează spațiu
suplimentar pentru o sarcina utila. Cercetarea continuă, NexGen spune ca prin utilizarea
conceptului de pl iere a învelișului astăzi, multe avioane militare își pot schimba unghiul de săgeata
in timpul zborului neavând mari dificultăți. Folosind acest concept viitoarele aeronave vor fi
capabile sa -si modifice performantele pentru viteze mari, aterizare, decol are, manevre si respectiv
așteptare într -un mod cu randament crescut asupra consumului de combustibil si emiselor de CO2.

Studiu introductiv privind aripile cu structura neconvențională
18

Fig.1.13. DARPA Morphing Progra m [WWW 06 ]

1.5. Obiectivele lucrării

Obiectivul principal al lucrări este reprezentat de studiul aerodinamic al unei aripi cu bord
de atac ondulat în vederea determinări performantelor aerodinamice (coeficient de portant ă,
coeficient de rezistenț ă la înaintare). Pentru îndeplinirea obiectivului principal au fost realizate
câteva subobiective importan te:
1. Proiectarea unei aripi cu bord de atac ondulat
2. Analiza performantelor aerodinamice. Studiu comparativ aripa convențională – aripă
ondulată.
3. Calculul sarcinilor pe arip ă
4. Analiza cu elemente finite a structurii de arip ă
5. Procedurile de reparație a suprafe țelor de comanda ale avionului confecționate din
materiale compozite.

Reglementări aeronautice specifice avioanelor de transport

19

2. Reglementări aeronautice specifice avioanelor de transport

Agenția Europeană pentru siguranța aviației sau EASA este o agenție a Uniunii Europene
cu responsabilitatea pentru sigu ranța aviației civile. Acesta efectuează certificarea, reglementarea
și standardizarea și efectuează, de asemenea, investigații și monitorizare. Aceasta colectează și
analizează date de siguranță, schițe și consiliază legislația privind siguranța și coordo nează cu
organizațiile similare din alte părți ale lumii.
Aplicabilitate pentru [CS-25].

Se regăsesc specificațiile de certificare pentru avioanele de transport mari, motopropulsoare cu
turbina.

Limite de mase [CS-25]
Masa maxima trebuie stabilita coresp unzător condițiilor de exploatare a avionului cum ar fi
(rulajul, decolarea, aterizarea) , condițiilor de mediu cum ar fi (altitudinea si temperatura) si poziția
centrului de greutate si nu mai mult de :
-Cea mai mare masa aleasa de proiectant pentru condi țiile speciale;
-Cea mai mare masa la care structura de încărcare este in conformitate cu normele de siguranța;
-Cea mai mare masa la care nu se depășesc limitele de zgomot admise.

Masa minima este stabilită astfel încât să nu fie mai mică de:
-Cea mai mi ca masa aleasa de proiectant;
-Sa respecte condițiile de încărcare structurala minime;
-Cea mai scăzută masa la care zborul este posibil.

Cerințele minime și normele de stabilire a performanței referitoare la utilizarea sigura a aeronavei
sunt stabilite î n reglementările de navigabilitate și orice abatere în acest domeniu, în general, nu
sunt permise.
Cerințele de bază pentru designul aripilor sunt asociate cu aspecte de performanță și operare,
caracteristici de zbor și manipulare, proiectare structurală și considerații generale de proiectare.

Reglementări aeronautice specifice avioanelor de transport

20
Condițiile sunt derivate intre optimizarea încărcării aripilor a aeronavelor cu autonomie mare și
în comparație cu restricțiile privind încărcarea aripilor impuse de cerințele de performanță cu
viteză scăzută , volu mul rezervoarelor si plafonul de zbor al avioanelor la viteze mari subsonice.
Informațiile privind cerințele de manipulare a aeronavei la viteze de angajare, caracteristicile de
angajare a profilului și progresia vitezei de angajare pe aripa întreaga.
Din analize de curgere pe numere critice Mach, se găsesc combinații intre forma aripii si a
raportului de grosime a aripii pentru a se ajunge la un consens intre viteza dorita si încărcarea
aripii.

Cerințe generale de proiectare

Aeronava trebuie să satisfacă performanță stabilite din proiectare si design , în aceste limite,
trebuie să obțină cel mai bun randament economic și flexibilitate operațională.
Caracteristicile zborului trebuie să fie satisfăcătoare atât la viteze mari, cât și la viteze mici, cat si
la altitudini înalte și joase și la diverse configurații (unghiuri de flaps, setări de alimentare).
Trebuie să fie posibilă proiectarea unei structuri în cadrul aranjamentului general care îndeplinește
cerințele privind rezistența, rigiditatea, greutatea, durata de viață, accesibilitatea, dezvoltarea și
costurile de fabricație.
Trebuie să se prevadă un spațiu suficient pentru combustibil și să se permită atașarea și retragerea
diverselor ansambluri mobile.(trenul de aterizare, suprafețe de comanda)
Toate ce rințele pot fi îndeplinite, de asemenea, depinzând si de diverși alți factori, cum ar fi
tracțiunea motorului (putere motorului) și consumul de combustibil, proiectarea ampenajelor,
distribuția masei etc.
Pe aeronave de mare viteză designul structural poat e fi complicat prin efecte aeroelastice puternice
de exemplu, pot apărea diferite forme de flutter sau inversarea eleronului.
Aceste obstacole pot fi prevenite prin analize prin repoziționarea grupului moto -propulsor,
folosind eleroane de mare viteză și sp oilere. Obiectivul de proiectare a aripilor structurale
preliminare este de a oferi un bun punct de plecare pentru proiectarea detaliată.

Calculul de rezistență al aripilor

Calculul de rezistență pentru structurile aeronautice are drept scop principal să determine exact
modul în care structura se comportă sub sarcinile exterioare, respectiv să se demonstreze că aceasta

Reglementări aeronautice specifice avioanelor de transport

21
satisface criteriile de rezistență impuse în reglementările aeronautice. Calculul de rezistență are
două etape:
-Determinarea eforturilor efective din elementele structurii sub solicitările exterioare;
-Verificarea criteriilor de rezistență conform cerințelor impuse de reglementările aeronautice.

Solicitările pe aripă

După cum se cunoaște, pentru o aripă de avion cazul critic de calcul este resursa la factorul de
sarcină maxim admis pentru avion. Într -o astfel de evoluție forțele care acționează pe aripă sunt:
Forțe aerodinamice: forța portantă, forța de rezistența la înaintare a aripii, momentul aerodinamice
(forțe aerodinamice distrib uite atât pe anvergură cât și în profunzimea acesteia);
Forțele masice care pot fi concentrate sau distribuite, provenite de la diverse componente
(rezervoarele de combustibil, armamentul acroșat, greutatea proprie a motoarelor, trenul de
aterizare, greuta tea aripii). Aceste forțe vor fi multiplicate cu factorul de sarcină corespunzător
evoluției aeronavei.

Dispozitive de hipersustentație si control al zborului

Dispozitivele de hipersustentație sunt necesare pentru ca vitezele de zbor sa nu atingă valori
inacceptabile in timpul decolări, aproprieri si decolări. Aceste dispozitive sau dovedit vital de
importante pentru operarea in siguranță a aeronavei si pentru reducerea consumului de combustibil
prin reducerea rulajului la decolări/aterizări.

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

22

3. Stab ilirea și proiectarea soluției constructive propuse

3.1. Stabilirea soluției constructive propuse.

In ultimii ani si nu numai, într-un sens foarte real, oamenii de știință și inginerii , au permis
plantelor și animalelor s ă le instruiască Ei studiază și imită caracteristicile de design ale diverselor
vietăți ,un domeniu cunoscut ca biomimetica , în efortul de a crea noi produse și de a îmbunătăți
performanța celor existente. Biomimetica sau biomimetismul este imitarea de modele, sisteme și
elemente ale na turii în scopul de a rezolva probleme umane complexe .

3.1.1. Trecutul si prezentul biomimetici

Natura a reprezentat o sursa de inspirație pentru inventatori, artiști , poeți si arhitecți de-a
lungul timpului. Arhitecții egipteni s -au inspirat din frunzele plantelor de lotus și din structura
palmierilor pentru a crea coloanele clădirilor.
Arhitectura nu a fost însă singurul domeniu influențat , de-a lungul timpului, de natură. Una dintre
cele mai cunoscute invenții ale secolului al XX -lea, Velcro (banda sca i) a fost inspirată de cârligele
minuscule de pe suprafața scaieților și ciulinilor.
Un alt exemplu de biomimetism îl constituie adezivul din soia inspirat de proteinele lichide folosite
de midii pentru a se atașa de stânci . Adezivul a fost creat de un cercetător de la Universitatea din
Oregon, pe lângă ca nu are nici un efect secundar asupra sănătății umane este si mai ieftin.
Un concept de biomimetism este folosit in zilele noaste în construcția trenurilor de înaltă viteza,
proiectanții din toata lumea au conceput locomotive pentru a seamănă cu ciocul pasărilor pentru
a reduce rezistenta la înaintare si implicit la viteze mari.

Fig.3.1 Biomimica în industria constructoare de locomotive [WWW 07 ]

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

23

În industria constructoare de automobile ,s -a creat un prototip de autovehicul cu rezisten ță mica la
înaintare ,acesta a fost inspirat de designul peștelui boxfish.

Fig.3.2 . Biomimica peștelui boxfish [WWW 08 ]

Unul dintre primele exemple de biomimetica a fost studiul păsărilor pentru a permite zborul uma n.
Deși nu a reușit să creeze o "mașină zburătoare", Leonardo da Vinci (1452 -1519) a fost un fin
observator al anatomiei și al zborului păsărilor, făcând numeroase note și schițe de "mașini
zburătoare". Frații Wright, care au reușit primul zbor cu un apara t mai greu decât aerul în 1903, s –
au inspirat din zborul porumbeilor.
Tot mai des natura este sursa de inspirație pentru drone si roboti. Primul prototip al unei nanodrone
ce imita zborul unei păsări -colibri a fost capabila sa zboare cu 18 km/h . Cercetăto rii americani
încearcă să reproducă zborul moliei colibri, o insectă ce poate plana la fel ca pasărea -colibri, dar
la o scară mai mică. Se cunoaște faptul ca aripile avioanelor de astazi reproduc forma aripilor
pasărilor . Recent niște cercetători de la Un iversitatea din Florida au construit un avion radio –
telecomandat ce imita atât forma cat si caracteristicile aerodinamice a pescărușului de mare.
Aceasta drona are capacitatea de a zbura ,urca si cobora foarte rapid.

Fig.3.3. Model inspirat de la pescaru s[WWW 08 ]

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

24

3.1.2. Conceptul de dispozitiv pentru imbunatatirea stratului limita

Soluția constructiva ce va fi explicata in acest capitol, este inspirata de la balena cu cocoașa
(Megaptera novaeangliae). O balena adulta care cântărește aproximativ 30 de tone si are o lungime
de 12 m. Remarcabila agilitate pe care o are balena sub apa au ridicat semne de întrebare cu privire
la forma ei. Înotătoarea laterala a balenei cu cocoașa nu este dreapta, are pe bordul de atac niște
protuberante cu funcția de a spo ri portanta. Mai precis, atașarea fluxului de aer este menținută pe
o gama mai mare de unghiuri de incidenta, întârziind angajarea (Fish and Battle, 1995) si creșterea
coeficientului maxim de portanta Cl max, cu penalizări minime de rezistenta la înaintare
(Miklosovic, Murray, Howle & Fish, 2004).Acestea sunt considerate caracteristici importante
pentru înotul balenei cu cocoașă , care este implicata in întoarceri strânse pentru a capta prada in
ciuda faptului ca înotătoarea laterala are o lungime de aproxima tiv 12 -14 m si o masa de
aproximativ 40 de kg.
Prin urmare, o adaptare morfologica pentru întârzierea angajări este foarte benefica balenei
deoarece ar creste coeficientul de portanta maxim, ce permit viraje mai strânse . Un alt avantaj al
întârzierii angajării este acela ca un coeficient de portanta echivalent se poate atinge la o viteza de
curgere mai scăzută pentru un profil cu protuberante pe bordul de atac in comparație cu un profil
nemodificat.

Fig.3.4. Balena cu cocoașa [FIS 06]

3.1.3. Funcți onalitatea protuberantelor pe bordul de atac al aripi
Aceste protuberante inspirate din natura au fost descriși ca funcționând pe raza curentului
de fluid într-o maniera comparabila cu cea produsa de strak -urile puse pe aeronave. Physics of
Fluids a remar cat faptul ca aceste proeminente par a funcționa într-o maniera similara cu
generatoarele de vârtejuri . In realitate, se pare ca ambele si generatoarele de vârtejuri și
protuberantele energizeaz ă stratul limit ă ce curge pe aripa și o menține atașată îmbună tățind

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

25
portanta la unghiuri mari de incident ă. Amândouă îmbunătățesc portan ța prin generarea unor
fluxuri spiralate contrarota ționale ce are ca efect întârzierea angajări și energizarea stratului limita.

Experimentele efectuate in tunelul aerodinamic, f olosind doua modele de aripi una simpla
si cealaltă cu protuberante sinusoidale pe bordul de atac au aratat c ă aripa cu bordul de atac
sinusoidal întârzie apariția angajări la unghiuri foarte mari și mărește portanta fără a mari rezistenta
la înaintare (Miklosovic et al. 2004). Unghiurile de angajare apar la 12 grade la aripa simpla si la
cea cu forma sinusoidala apare la 16.3 grade. Coeficientul de portanta este ceva mai mare pentru
modelul de aripa sinusoidal. Coeficientul de rezistenta la înaintare Cd es te mai mic intre unghiurile
de incidenta 12 si 17 grade, la aripa cu bord de atac sinusoidal ,si foarte puțin mai mare intre
unghiurile de incidenta 10 si 12 grade. Vârful polarei a raportului Cl/Cd al aripii sinusoidale este
mai mare pentru aripa sinusoidala. [FIS 06]

Fig.3.5. Comparație între înotătoarea ondulata/clasica [FIS 06 ]

În cele ce vor urma v a prezint analiza de curgere a doua profile NACA 63 -021 una cu bord de atac
drept si a doua cu bord de atac sinusoidal. S-a folosit un curent de aer turbulent după legea

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

26
Reynolds -averaged Navier -Stokes (RANS).Pe secțiunea aripii fără proeminente apare o li nie de
separare. Pentru aripa cu proeminente se vede cum vârtejurile se formează de-a lungul bordului de
fuga iar fluxul posterior este arătat ca o linie dreapta fără separare.

Fig.3.6. Formarea de vârtej [FIS 06 ]

S-a aratat anterior ca mecanismul res ponsabil pentru imbunatatirea performantei este generarea de
vartejuri in flux,care sporesc schimbul de impulsuri in interiorul stratului limita. (Fish and Battle,
1995; Miklosovic et al., 2004). Prin urmare, exista o similitudine intre proeminentele de pe bordul
de atac si dispozitivele generatoare de vortex in prezent utilizate cum ar fi strake – urile sau micile
aripioare in forma de delta (Fish, Howle & Murray, 2008).

Fig.3.7. Dispozitive de v artej [WWW 09]

Datorita potențialelor avantaje de crestere a portantei ale acestor protuberante sunt neglijabile
penalitățile a rezistei la înaintare produse de acestea. Se anticipa ca acestea vor fi adoptate pe scara
larga pentru diverse sisteme in viitorul apropiat.

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

27

Dispozit ivele ce utizeaza acest concept folosite în ziua de azi

Ca urmare ,la aplicarea proeminentelor inspirate de la balena cu cocoașă , pe bordul de atac pentru
controlul fluxului de aer in stratul limita pasiv, are potențial in proiectarea: suprafețelor de con trol,
ventilatoarelor si palelor turbinelor eoliene.

Fig.3.8. Protuberante sinusoidale in suprafețe de comanda [FIS 06 ]

Submarin propulsat de om care pe suprafețele de comanda au aceste ondulați pentru
reducerea rezistentei la înaintare.

Cele mai des întâlnite dispozitive ce folosesc acest concept sunt in domeniul automobilistic de
mare viteza si in industria constructoare de turbine eoliene.
In formula 1 eleronul de sus al numeroaselor mașini de curse ce au aceste proemin ențe pe bordul
de atac ce pe rmite fluxului de aer sa treacă prin secțiunile mai scurte. Acestea sunt considerate
generatoare de v ârtej ce reduc rezistenta la înaintare prin destabilizarea fluxului de aer.

Fig.3.9. Eleronul mașinilor cu ondulații [www 10]

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

28
Turbina eoliană cu protub eranțe abordează limitările fundamentale ale performatei aerodinamice
convenționale cum ar fi instabilitatea generări de energie ca urmare a vântului slab. Aceste
proeminente ajuta la atașarea aerului de palele turbinei eoliene întârziind astfel angajarea ei si
sporirea generări energiei electrice cu vanturi slabe.

Fig.3.10. Turbina eoliana cu ondulații [www 11]

3.2 Proiectarea soluției constructive propuse
In acest proiect, se va lua in considerare modelarea unei aripi neconvenționale, cu
protuberante pe bordul de atac , inspirat de la înotătoarea balenei cu cocoașa cu scopul de a
îmbunătăți calitățile aerodinamice si comportări ei la unghiuri mari de incidenta.

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

29
Soft-ul de modelare 3D folosit este Solid Works 2016.
Construcția unei aripi reprezintă în general, o combinație de elemente tip, ce se pot clasifica astfel:
-Înveliș;
-Structura interioară (schelet) la care se deosebesc elementele: longitudinale (lonjeroane, lise);
transversale (nervuri)

3.2.1 Modelarea învelișului
Prima operație in vederea realizări învelișului este delimitarea exterioara a aripii.
Într-un 3DSketch s -au trasat liniile ce delimitează aripa si s -au introdus in fiecare plan profilul
preferat pentru tronsonul respectiv. Pentru aceasta aripa se va folosi un număr de trei profile
distincte. Aceste profile au fost preluate din documentate de la avionul Boeing 737 -800.

Fig.3.11. Profilele. Delimitarea aripii. Inserarea de profile specifice tronsonului

S-au creat planurile in vederea poziționări pofilelor ce v -or urma. S-a avut ca reper planul
frontal(Front plane).

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

30

Fig.3.12. Inserarea de planuri

S-a inserat si poziționat in fiecare plan creat precedent profilul alocat pentru formarea
protuberantelor.

Fig.3.13. Inserarea de profile

Din modulul Surface din Solid Wor ks se folosește comanda Surface -Loft pentru a crea suprafața
după profilele precedente.

Fig.3.14. Folosirea comenzi Surface -Loft

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

31
Rezultatul folosiri comenzii.

Fig.3.15. Suprafața învelișului din doua vederi

În primul 3DSketch se trasează liniile pe care se v -or face decupările din suprafața in urma
împărțiri învelișului, delimitarea suprafețelor de comanda

Fig.3.16. Crearea de linii ajutătoare

Cu ajutorul comenzii Split din Features se decupează o prima parte din înveliș, urmat de folosirea
următoarei comenzi numita Thicken care are rolul de a da grosimea suprafeței respectiv
învelișului. Se alege o grosime de 3mm si se bifează căsuța de dialog cu extrudare în afara

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

32
suprafeței pentru nu a interfera cu viitoarele modificări si astfel s -a modelat învelișul. În final se
mai folosește încă odată comanda split pentru a decupa si delimita porțiunile de înveliș.

Fig.3.17. Invelisul final

3.2.2 Modelarea lonjeronului principal

Primul pas in realizarea lonjeronului este crearea conturului lonjeronului la e xtremitate si la
încastrare într -un sketch.

Fig.3.18. Sketch -urile de la incastrare si extremitate

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

33
Al doilea pas în urma realizării lonjeronului principal este acela de a crea 8 sketch -uri dea lungul
lonjeronului pentru o extrudare mai pre cisă.

Fig.3.19. Crearea de sketch -uri cu forma lonjeronului

Al treilea pas este folosirea comenzi din Features Lofted Boss/Base în care alegem formele din
sketch -uri.

Fig.3.20. Lonjeronul principal finalizat

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

34

3.2.3 Modelarea lonjeronului secundar

În mod similar ca la lonjeronul principal s -a creat conturul exterior in planul de la incastrare si in
planul de la extremitate a viitorului lonjeron.

Fig.3.21. Forma profilului

Apoi s -au creat și celelalte sketch -uri de ajutor pentru extruda rea mai exact ă și mai conforma cu
grosimea învelișului pe care vine prins ă.

Fig.3.22. Sketch -urile de ajutor pentru lonjeronul principal

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

35
Folosind din Features comanda Lofted Boss/Base s -a extrudat lonjeronul folosindu -ne și de acele
linii ajutătoare c e se pot vedea din poza de mai sus

Fig.3.23. Lonjeronul secundar finalizat

3.2.4 Modelarea nervurilor

Pentru realizarea nervurilor aripii m -am ajutat de modelarea învelișului mai exact de construcția
de profile de la început.

Fig.3.24. Inserare de profile
S-a folosit de comanda din Features Lofted Boss/Base cu diferența dintre cea de la înveliș ca
extrudarea de aceasta data se face către interiorul profilului nu în exteriorul profilului ca la înveliș.

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

36

Fig.3.25. Suprafața de lucru pentru nervuri

După câteva decupări din suprafața de lucru s -a tăiat locul în care o sa vin ă lonjeronul principal.

Fig.3.26. Pregătirea nervurilor

S-a inserat planele de referinț ă în vederea decupări ulterioare

Fig.3.27. Crearea de plane in vederea decupări

Folosind pl anele făcute anterior și cu ajutorul comenzi Split s -a decupat definitiv nervurile la
dimensiunile dorite.

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

37

Fig.3.28. Nervurile după tăierea cu ajutorul comenzi split

Cunoscând dimensiunile lonjeronului secundar și după crearea unei suprafețe de taiere s -a putut
să se decupeze cu ajutorul comenzi Split nervurile la dimensiunile finale.

Fig.3.29. Nervurile dimensionate

După aplicări repetate a comenzii Shell s -a format nervurile cu interior subțire pentru ușurarea
greutăți..

Fig.3.30. Nervurile după a plicarea comenzi Shell

Stabilirea și proiectarea soluției constructive propuse

38
Pentru ușurarea masei nervurilor am optat pentru efectuare unor găuri de diametru 400 mm.

Fig.3.31. Nervura final ă

În modulul Assembly se asamblează aripa cu toate elementele constituente și se aleg materialele
aferente acestora.

Fig.3.30. ansamblu final aripă ondulată

Calculul sarcinilor pe aripă
39
4. Calculul sarcinilor pe aripă

4.1. Calculul sarcinilor globale aerodinamici pe aripa

În următorul capitol o sa va prezint calculul sarcinilor aripi ondulate plasate pe aeronava
de transport pasageri Boeing 737 -800.
Calculul desfășurat îl veți găsi in anexa in cele ce urmează v ă prezint relațiile de baza, cu
rezultatele obtinute. Calculul a fost făcut cu ajutorul programului Mathcad iar relațiile au fost
preluate din Grosu.

Coeficientul de portanță al aripii s-a preluat din analiza făcută in flow simulation.

𝐶𝑧𝑎𝑖=
( 0.15
0.22
0.40
0.48
0.65)
Coeficientul de rezistență la înaintare s-a preluat din analiza făcută in SolidWorks.

𝐶𝑥𝑎𝑖=
( 0.12
0.14
0.12
0.125
0.135)
Unghiul de incidență al aripii in grade.
𝛼𝑖=
( 1
2
5
6
7) [grade]
𝑉𝑑=194 𝑚/𝑠 ,𝜌_0=1,225 𝑘𝑔/𝑚^3

În toate calculele in care apare densitatea aerului s -a calculat pentru un regim de croaziera
la altitudine de 2000 m.

𝑇𝑎𝑖=𝜌0
2∗𝑆∗𝑉𝑑2∗𝐶𝑡𝑖 (𝑁) (4.1.)
𝑁𝑎𝑖=𝜌0
2∗𝑆∗𝑉𝑑2∗𝐶𝑛𝑖 (𝑁) (4.2.)

4.2. Calculul sarcinilor globale masice pe a ripa

Sarcinile globale sunt distribuite pe suprafața aripii. Distribuția lor depinde de forma in plan a
aripii, pe de o parte , iar pe de alta parte, de modul cum se distribuie in lungul anverguri. [GRO 61]

T=52000 [N] -tracțiunea motorului
Ga = 1850[kg] -greutatea aripi
Gtr = 200 [Kg] – greutate tren principal de aterizare
G = 30000 [Kg] – greutatea maximă a avionului Boeing 737

Calculul sarcinilor pe aripă
40

𝑃𝑎𝑣𝑖=𝜌0
2∗𝑆∗𝑉𝑑2∗𝐶𝑧𝑎𝑣𝑖 [𝑁] (4.3.)
𝑅𝑎𝑣𝑖=𝜌0
2∗𝑆∗𝑉𝑑2∗𝐶𝑥𝑎𝑣𝑖 [𝑁] (4.4.)
𝑛𝑧𝑖=𝑃𝑎𝑣𝑖
𝐺 (4.5.)
𝑛𝑥𝑖=𝑇−𝑅𝑎𝑣𝑖
𝐺 (4.6.)
𝑛𝑛𝑖=−𝑛𝑧𝑖∗cos(𝛼𝑎𝑖)+𝑛𝑥𝑖∗𝑠𝑖𝑛(𝛼𝑎𝑖) (4.7.)
𝑛𝑡𝑖=𝑛𝑧𝑖∗sin(𝛼𝑎𝑖)+𝑛𝑥𝑖∗𝑐𝑜𝑠(𝛼𝑎𝑖) (4.8.)
𝑁𝑔𝑖=𝑛𝑛𝑖∗𝐺𝑎 [𝑁] (4.9.)
𝑇𝑔𝑖=𝑛𝑡𝑖∗𝐺𝑎 [𝑁] (4.10.)
𝑁𝑔𝑡𝑟𝑖=𝑛𝑛𝑖∗𝐺𝑡𝑟 (𝑁) (4.11.)
𝑇𝑔𝑡𝑟𝑖=𝑛𝑛𝑖∗𝐺𝑡𝑟 (𝑁) (4.12.)

4.3. Calculul sarcinilor distribuite

Structura de rezistenta a aripii se construiește totdeauna raportând -o la coarda profilului,
vom raporta si noi in calcule pentru sarcinile globale.
Se cunoaște coarda la incastrare este de 5.4 m, iar coarda la extremitate de 1.26 m.
Se aleg 10 secțiuni de calcul de la incastrare pana la extremitate:
j = 1.2…8 , i = 0 ,1..9, n = 0..3 ,

unghiul de sageata:1.7 [grade]
b = 1 5.8 [m]
Distanța la care se află fiecare secțiune, în funcție de lungimea a ripi [m].

𝑦=
( 0.1
0.878
1.75
2.633
3.511
4.389
5.267
6.144
7.022
7.9)

𝑝𝑎𝑗=𝑁𝑎𝑗
2∗𝑏 ∗𝑍𝑎𝑗∗cos (𝐾𝑒) (4.13.)
𝑝𝑔𝑗=𝑁𝑔𝑗
2∗𝑏 ∗𝑍𝑔𝑗∗cos(𝐾𝑒) (4.14.)

𝑡𝑎𝑗=𝑇𝑎𝑗
2∗𝑏 ∗𝑍𝑎𝑗∗cos(Ke)2 (4.15.)
𝑡𝑔𝑗=𝑇𝑔𝑗
2∗𝑏 ∗𝑍𝑔𝑗∗cos (𝐾𝑒)2 (4.16.)
𝑙𝑎𝑗=𝑇𝑎𝑗
2∗𝑏 ∗𝑍𝑎𝑗∗sin(𝐾𝑒)∗cos (𝐾𝑒) (4.17.)
𝑙𝑔𝑗=𝑇𝑔𝑗
2∗𝑏 ∗𝑍𝑔𝑗∗sin(𝐾𝑒)∗cos (𝐾𝑒) (4.18.)
𝑇𝑔𝑥𝑗=∫𝑡𝑔𝑗∗𝑑𝑦𝑏
𝑦𝑖 (4.19.)
𝑇𝑔𝑧𝑗=∫𝑝𝑔𝑗∗𝑑𝑦𝑏
𝑦𝑖 (4.20.)
𝑀𝑔𝑥𝑗=∫𝑦∗𝑇𝑔𝑧𝑗∗𝑑𝑦𝑏
𝑦𝑖 (4.21.)

Calculul sarcinilor pe aripă
41
𝑀𝑔𝑧𝑗=∫𝑦∗𝑇𝑔𝑥𝑗∗𝑑𝑦𝑏
𝑦𝑖 (4.22.)
𝑡𝑗=𝑡𝑎𝑗+𝑡𝑔𝑗 (4.23.)
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=𝑃𝑎+𝑃𝑔 (4.24.)
𝑃𝑎=
( 85760
10090
13620
111500
303600
590100
970900
144600
201500
267900)

𝑃𝑔=
( −8978
−1056
−1426
−11670
−31790
−61770
−101600
−151400
−211000
−280500)

Distribuția sarcinii aerodinamice pe aripa in lungul corzii se cunoaste ca debinde de unghiul
de incidenta, iar când avem de -a face cu un bracaj de flaps sau volet depinde si de unghiul de
bracaj. S -a calculat doar pentru aripa fără voleți.
Pentru a efectua analiza FEA a structuri aripii ondulate s -au efectuat o serie de calcule
pentru a determina presiunile aferente. Aceste presiunii au fost obținute după împărțirea anverguri
aripii in 10 suprafețe începând de la incastrare pana la extremit ate. Aceste valori au fost măsurate
in Solid Works.

Tabelul 4.1. Reprezintă presiunile pe secțiunile aripii
Nr secțiunii Mărimea forței Mărimea suprafeței Mărimea presiunii
1 secțiune 76790N 9,11 m2 0,008429 Mpa
2 secțiune 9032 N 9,44 m2 0,000957 Mpa
3 secțiune 12200 N 9,48 m2 0,001287 Mpa
4 secțiune 99800 N 14,99 m2 0,005123 Mpa
5 secțiune 271800 N 13,19 m2 0,001165 Mpa
6 secțiune 528300 N 11,65 m2 0,001591 Mpa
7 secțiune 8692000 N 9,94 m2 0,007725 Mpa
8 secțiune 1295000 N 8,34 m2 0,002602 Mpa
9 secțiune 1804000 N 6,74 m2 0,00369 Mpa
10 secțiune 2399000 N 4,87 m2 0,015768 Mpa

În anexa se va găsi calculul complet și detaliat făcut în Mathcad.

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

42
5. Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa
convențională -aripa neconvențională

În cadrul acestui capitol va voi vorbi despre calitățile aerodinamice a aripi modelate si
investigate din capitolele precedente si comparația ei cu aripa clasica mai exact comparația dintre
aripa neconvenționala si aripa clasica cea fără proeminentele de pe bo rdul de atac.
De menționat ca toate dimensiunile de gabarit a aripi clasice cat si cele ondulate sunt identice
pentru a se putea compara exact din toate punctele de vedere.
Softul utilizat pentru analizele de curgere este Solid Works 2016 Flow Simulation .

5.1. Analiza aerodinamica a aripi ondulate
Analiza aerodinamica a aripi neconvenționale sau ondulate s -a efectuat pe un model simplificat
pentru a evita posibilele inadvertentele, acesta a fost realizat in SolidWorks 2016.
Așadar va voi prezenta modelar ea aripi simplificate in vederea supuneri ei la testele de curgere.

5.1.1. Modelarea aripi ondulate

S-a preluat construcția, scheletul de la modelul realizat anterior.

Fig.5.1. Profilele dimensionate

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

43

Având scheletul copiat de la modelările preceden te mi -a mai rămas sa crez corpul propriu –
zis. Folosind comanda din Features Loft Boss/Base selectând fiecare profil in ordine si utilizând
si liniile ajutătoare ce delimitează profilele pentru a se asigura o extrudare perfecta astfel se
creează aripa pe ntru testele de curgere.

Fig.5.2. Modelul de aripa ondulata

Modelul acesta este creat special pentru analizele de curgere si din aceasta cauza aripa este
plina sa nu influențeze in vreun fel curgerea aerului, deoarece spatiile mici, găurile pot influ enta
curgerea si implicit apar si erorile in rezultate.

5.1.2. Efectuarea analizei de curgere

În modulul Flow Simulation se folosește comanda Wizard. Aceasta comanda deschide
niște ferestre de dialog ce au rolul de a alege diferite opțiuni de analizare:
-sistemul de măsura dorit. S -a ales sistemul internațional de măsura (m,kg,s)
-tipul analizei -a ales analiza exterioara si s -a bifat căsuța sa excludă cavitățile si spatiile interne
pentru o analiza mai exacta a exteriorului aripi.

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

44

Fig.5.3. Tipul a nalizei

-tipul fluidul cu care o sa se facă analiza s -a ales din biblioteca de fluide ,respectiv de la tabul
gaze aer. S -a bifat și căsuța cu regimul de curgere turbulent.

Fig.5.4. Tipul fluidului

-parametri și caracteristicile generale a fluidului s-a ales presiunea, densitatea, viteza și nivelul
de turbulent ă a fluidului. Viteza la care se fac analize este de 221 m/s.

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

45

Fig.5.5. Parametri fluidului

Pentru a putea face analiza la diferite unghiuri de incidenta si sa nu se mărească
considerabil t impul de calcul s -a clonat primul proiect prin comanda Clone Project din modulul
Flow simulation și s-a modificat doar vectorul viteza după cum urmează.

Tabelul 5.1. Unghiurile de incidenta si vitezele aferente acestora.

Unghiul de incidenta
[grade] Viteza pe axa x
[m/s] Viteza pe axa y
[m/s]
0 221 0
5 220.1 19.2
10 217.6 38.3
15 213.4 57.1
20 207.6 75.5
30 191.3 110.5
35 181 127.7
40 169.29 142

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

46
Alegerea domeniului de calcul s -a făcut după cum este ilustrat in figura de mai jos din modulul
Imput Data ->Computational Domain. De precizat ca toate valorile sunt in metri.

Fig.5.6. Domeniul de calcul

Următorul pas este de a seta obiectivele analizei. Pentru a putea sa se calculeze forța portanta si
rezistenta la înaintare se bifează din modulu l Imput Data ->Goals ->Global Goals fortele Normal
Force (x) pentru rezistenta la înaintare si respectiv Normal force (y) pentru a se calcula forța
portanta.

Fig.5.7. Alegerea obiectivelor analizei

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

47

Pentru a se calcula coeficienții aerodinamici C x si C z s-a notat în tabul Equation Goal relațiile
celor doi coeficienții prezentate mai jos.

Coeficientul de rezistenta la înaintare se calculează după relația:
𝐶𝑥=𝐹𝑥
0.5×𝜌×𝑉2×𝑆 (5.1)
unde: Fx este rezistenta la înaintare;
ρ – densitatea aer ului;
V – viteza ;
S – suprafața.

Coeficientul de portanță se calculează după relația:
𝐶𝑧=𝐹𝑧
0.5×𝜌×𝑉2×𝑆 (5.2)
unde: Fz este forța portantă;
ρ – densitatea aerului;
V – viteza ;
S – suprafața.
Suprafața aripi este de 97,3 m2

Fig.5.8. Suprafața aripi

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

48

Iar densitatea aerului aleasa este de 1204 kg/m3

Ultimul pas în vederea realizări analizei este definirea discretizări în care se bifează nivelul de
discretizare -a optat pentru un mesh global mediu .

Fig.5.9. Discretizarea

5.1.3. Interpretarea rezultatelor

Durata de calcul a analizei a fost de 40 de ore în aceasta perioada s -a făcut analiza aripi cu
proeminente pe bordul de atac la opt unghiuri de incidenta diferite și s-a calculat coeficienții
aerodinamici.
Pentru a vizuali za curgerea pe suprafața aripi s -a folosit comanda Surface plots în care s -a ales
conturul și viteza de curgere ca parametri principali și suprafața pe care sa se face analiza.
În cele ce urmează o s ă vă prezint presiunea pe suprafața și vectorul vitez ă la diferite unghiuri de
inciden ță.

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

49

Fig.5.10. Presiunea și curgerea aerului pe suprafața aripi la 0 grade

Fig.5.11. Presiunea și curgerea aerului pe suprafața aripi la 5 grade

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

50

Fig.5.12. Presiunea și curgerea aerului pe suprafața aripi la 10 grade

Fig.5.13. Presiunea și curgerea aerului pe suprafața aripi la 15 grade

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

51

Fig.5.14. Presiunea și curgerea aerului pe suprafața aripi la 20 grade

Fig.5.15. Presiunea și curgerea aerului pe suprafața aripi la 30 grade

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

52

Fig.5.16. Presiunea și curgerea aerului pe suprafața aripi la 35 grade

Fig.5.17. Presiunea și curgerea aerului pe suprafața aripi la 40 grade

Se poate observa ca presiunea maxima este pe bordul de atac iar la unghiuri mari de incidenta aerul
tinde în continuare sa se duca spre bordu l de fuga .
În următoarele figurii o sa va prezint presiunea pe o porțiune din aripa si traiectoria de curgere a
aerului. Din meniul de rezultate folosim comanda Cut plot.

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

53

Fig.5.18. Presiunea și traiectoria fluidului la 5 grade

Fig.5.19. Presiunea și traiectoria fluidului la 10 grade

Fig.5.20. Presiunea și traiectoria fluidului la 30 grade

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

54

Fig.5.21. Presiunea și traiectoria fluidului la 40 grade

În cele ce urmează o sa prezint într -un tabel coeficienții aerodinamici calculați si graficele af erente
acestora.

Tabelul 5.2. Unghiurile de inciden ță și coeficienții aerodinamici

Unghiul de incidenta
[grade] Cx Cz
0 0,003182093 0,032059252
5 0,003218279 0,159730852
10 0,003639906 0,241990107
15 0,004127376 0,314855265
20 0,004765265 0,35903905 3
30 0,006997794 0,435292976
35 0,009377928 0,469394666
40 0,009518713 0,506120353

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

55

Fig.5.22. Graficul coeficientului de rezistent ă la înaintare în funcție de unghiul de incident ă

Fig.5.23. Graficul coeficientului de portan ța în funcție de unghiul de incidență
00,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,01
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45COEF. DE REZISTENTA LA INAINTARE
UNGHI DE INCIDENTACxaripa ondulata
Cd aripa ondulata Linear (Cd aripa ondulata)
00,10,20,30,40,50,6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45COEF. DE PORTANTA
UNGHI DE INCIDENTACzaripa ondulata
Cl aripa ondulata Linear (Cl aripa ondulata)

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

56
5.2. Studiu comparativ între aripa clasică și aripa neconvențională

Pentru a se putea face comparația intre aripa clasica și aripa ondulata a trebuit să se
modeleze aripa clasica și să o supunem la aceleași analiza aerodinamica. Pa rametri prezentați în
capitolul efectuarea analizei au rămas identici, cu precizarea ca unghiurile de atac, vitezele și
densitatea sunt aceleași pentru amândouă aripile diferind suprafața aerodinamic ă și forțele
aferente aerodinamice totale.
Pentru modela rea aripi clasice s -a folosit aceeași construcție de baza de tip schelet cu modificarea
ca pentru modelarea aripi clasice s -au folosit doar 3 profile puse la extremitățile celor 2 tronsoane
de aripa și folosirea celor doua segmente de linii ajutătoare.

Fig.5.24. Construcția aripi clasice

Folosind comanda din Features Loft Boss/Base s -a extrudat aripa.

Fig.5.25. Modelul aripi

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

57

O prima diferența importantă ce are efect și în analiza rezultatelor este suprafața
aerodinamică mărit ă în comparație cu arip a ondulată. Această diferență se datorează lipsei
proeminențelor de pe bordul de atac. O alt ă concluzie putem trage din această caracteristică a aripi
ondulate ,masa aripi ondulate este mai mică decât la cea clasică. Efectul acestei diferențe de masă
se ca racterizează prin mărirea masei de combustibil total implicit si mărirea razei de acțiune a
aeronavei, scăderea costului de materiale prime prin micșorarea suprafeței învelișului și a
celorlalte elemente componente.

Fig.5.26. Suprafața aripi clasice

În continuare v -oi face un studiu comparativ asupra curgeri aerului și presiuni pe cele doua aripi.
La unghiuri mari de incidenta aripa ondulata își păstrează calitățile aerodinamice, în schimb aripa
clasic ă încă de la unghiuri de 15 de grade se face simțită prezen ța vârtejurilor și a turbulentelor
aerodinamice ce duce la pierdere a portantei, implicit a angajări timpuri a aripi.

Fig.5.27. Presiunea și curgerea aerului la un unghi de atac 15 ͦ

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

58
În figura din stânga este reprezentata curgerea aerului si pres iunea pe aripa ondulata iar in
dreapta este aripa clasica analizata la aceeași parametri.
Se poate observa cum pe aripa ondulata aerul in continuare curge normal pe profil, in schimb pe
aripa clasica se pot observa apariția vârtejurilor.

Fig.5.28. Presi unea și curgerea aerului la un unghi de atac 20 ͦ

Fig.5.29. Presiunea și curgerea aerului la un unghi de atac 30 ͦ

Se poate observa c ă la unghiuri de 30 grade încep sa apară vârtejuri si pe aripa ondulata
iar pe aripa clasica s -au mărit considerabil numărul si amplitudinea vârtejurilor, astfel încât putem
spune c ă din punct de vedere aerodinamic cele doua aripi se aseamănă începând la unghiuri mari
de incidență .La unghiuri de incidență pană la 20 de grade aripa ondulată este mult superioara aripi
clasice prin ne dezlipirea aerului în interiorul stratului limit ă și neapariția de vârtejuri distructive
pe suprafață din imediata apropriere a aripi.
In cele ce urmează o sa va prezint coeficienții aerodinamici ale celor doua aripi reprezentate in
doua gra fice. Datele au fost prelucrate și analizate in Excel după ce au fost exportate din Flow
simulation prin intermediul comenzi de Compare.

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

59

Fig.5.30. Coeficienții de rezistenta la înaintare a celor doua aripi

Fig.5.31. Coeficienții forței portante a cel or doua aripi
Din graficul coeficienților de rezistenta la înaintare se poate spune ca valorile coeficienților
pana la unghiuri de incidenta de 10 grade sunt similare. La unghiurile mai mari de 10 grade aripa
ondulata are valori mai mici așadar se poate s pune ca aripa ondulata are o rezistenta la înaintare
mai buna fata de cea clasica.
Din graficul coeficienților forței portante se poate spune ca valorile coeficienților sunt
considerabili mai mari la aripa ondulata începând cu unghiurile de 20 de grade de incidenta. 00,0020,0040,0060,0080,010,0120,0140,016
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Coef. de rezistenta la inaintare
Unghi de incidenta
Cd aripa ondulata Cd aripa clasica
Linear (Cd aripa ondulata) Linear (Cd aripa clasica)
00,10,20,30,40,50,6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Coef. de portanta
Unghi de incidenta
Cl aripa ondulata Cl aripa clasica
Linear (Cl aripa ondulata) Linear (Cl aripa clasica)

Analiza aerodinamica a aripi. Studiul comparativ aripa convențională -aripa
neconvențională

60
Analizând polarele celor doua aripi concluzionez c ă aripa cu protuberante pe bordul de atac
este mai buna din punct de vedere aerodinamic fa ță de aripa clasi că .

Analiza cu element finit al aripii ondulate
61

6. Analiza cu element finit al aripii ondulate

6.1. Descrierea analizei c u element finit

În acest capitol s -a făcut o analiza cu element finit a aripi ondulate analizate in softul
Ansys14.5.
Metoda elementului finit (FEM) sau analiza elementelor finite este o metodă numerică
pentru rezolvarea problemelor de inginerie și fizic ă matematică. Zonele de interes tipice includ
analiza structurală, transferul de căldură, fluxul de fluide, transportul în masă și potențialul
electromagnetic etc.

6.2. Analiza aripii ondulate

Componentele aripii sunt:
• 2 lonjeroane;
• învelișul format din 15 bucăți;
• 32 de tronsoane de nervuri;
Materialul ales pentru analiza este un aliaj de aluminiu.
In aceasta analiza ,se vor calcula următoarele:
• deformația totala;
• deformația specifica (raportul dintre deformația aripii totale si lungimea ei);
• tensiunea m axima de rupere;

Modelul 3D al bielei este realizat in SolidWorks 2016 in modulul Assembly convertit si salvat
in formatul neutru IGS pentru a putea fi compatibil cu softul Ansys.
Analiza s -a realizat in modulul Static Structural și s -a importat modelul in submodul Geometry.
În submodulul Models, s -a realizat cu adevărat analiza propriu -zisă a aripii. S -a discretizat
in mod automat modelul 3D din cauze de performanta a unități de lucru. Discretizarea a durat 5
ore.

Analiza cu element finit al aripii ondulate
62

Fig.6.1. Geometria aripii

Fig.6.2 . Discretizarea aripii

Următorul pas după introducerea geometriei aripi și realizarea discretizări s -a realizat încastrarea
aripi de cele 2 lonjeroane și s -a simulat Keel Beam -ul și Wing box -ul cu prima nervura al aripii.

Analiza cu element finit al aripii ondulate
63

Fig.6.3. Încastrarea aripii

S-a introdus presiunea pe întreg învelișul calculată în capitolul de sarcinii de 0.0 48338 MPa.

Fig.6.4. Aplicarea presiunii

Analiza cu element finit al aripii ondulate
64
6.3. Analiza rezultatelor

Deformația aripii reprezintă modificarea dimensiunilor geometrice constructive sub acțiunea unor
forțe.

Fig.6.5. Deformația total ă a aripi

Deformația maxim ă (zona roșie) este de 1267,5 mm in zona de extremitate (capăt). Ea scade treptat
cu cât se aproprie de incastrare până la valoare minima care este 0 mm.

Fig.6.6. Deformația totala x30

Se poate observa la figura de mai sus, deformațiile totale mărite de 30 ori și se poate observa
structura internă a aripii în poziție nedeformată.

Analiza cu element finit al aripii ondulate
65

Deformația specifica a aripi este raportul dintre deformația aripi și lungimea inițiala a lui. Aceasta
deforma ție este adimensionala dar softul o reprezintă sub forma de mm/mm.

Fig.6.7. Deformația specifica a aripi

Deformația specifica a aripi este maxima in zona capătului aripii și este de 0,0 84656 mm/mm
aceasta valoare maxima se datorează micșorări suprafețe i și a creșteri deformaților maxime.

Fig.6.8. Vedere din apropriere a deformației specifice

Tensiunea maxima de rupere este tensiunea la care materialul se rupe. Ea se măsoară in N/mm2
(MPa)

Analiza cu element finit al aripii ondulate
66

Fig.6.9. Tensiunea maxima de rupere la tracțiune

Tensiune a maxima de rupere la tracțiune este de 98,092 care este poziționata identic ca la
deformațiile specifice in extremitatea aripi pe lonjeronul principal.
S-a ales ca material din programul Ansys aliaj de aluminiu care are tensiunea maxima de 280 MPa

Fig.6 .10. Caracteristici aluminiu Ansys

În concluzie, aripa rezist ă la forța de presiunea aplicat ă fără să se rupă sau să se deform eze plastic.

Analiza principalelor tehnici de reparație specific e aripii

67

Partea a II -a. Aspecte tehnologice.

7. Analiza principalelor tehnici de reparație specifice aripii

7.1. Pre gătirea Aripii pentru reparația capitală

La reparația capitala, controlul si reparația structurii aripii se executa după demontarea
acesteia de pe avion. Aripa se demontează de pe avion în special la avioanele medii și mijlocii, cu
ajutorul unei macarale și se așază în poziție orizontală pe capre suporturi speciale.
Înainte de a se efectua lucrările de reparație a structurii la aripa demontată este necesar să se
execute lucrările de demontare a capacelor de control , trapele tehnologice ,rezervoarele pent ru
combustibil și elementele sistemelor de comandă (cablaje, agregate instalaților electrice existente
în aripă).

7.2. Reparația învelișului aripii

Învelișul aripii poate avea următoarele defecte sau uzuri: spărturi, crăpături, coroziuni,
umflături.
În general, se recomandă ca porțiunea de înveliș pe care există unul din defectele de mai
sus să fie decupată după un contur eliptic sau dreptunghiular cu racordări la colturi. Peste aceasta
decupare se va nitui un petec de reparație, denumit eclisă, ale cărui dimensiuni, precum si numărul
de nituri necesar sunt menționate in manualul de reparați de la producătorul aeronavei.
Învelișul aripii in anumite zone este de rezistenta, iar in alte zone este solicitat la eforturi
foarte mici. De obicei, învelișul de rez istenta este numai , învelișul dintre longeroanele aripii, atât
la intrados cit si la extrados, iar învelișul bordului de atac și al bordului de fuga sunt solicitate la
eforturi foarte mici, De aceea , la montarea ec1isclor de reparație, in zone1e cu învel iș de
rezistenta, nituirea se executa în mai multe rânduri de nituri, iar în zonele cu înveliș care nu este
de rezistență, nituirea se execută cu un singur rând de nituri pe contur.

Analiza principalelor tehnici de reparație specific e aripii

68
Pași în vederea reparării învelișului
1. Zona degradat ă a învelișului se de cupează după ce, in prealabil, a fost trasat un contur
regulat dreptunghiular care încadrează complet suprafața avariată;
2. Pe conturul trasat se executa găuri de 4 sau 5 mm diametru, cu o mașina de găurit de mana,
pneumatica sau electrica, în așa fel, ca m arginile găurilor sa fie cat mai aproape una de alta
;
3. Se decupează o eclisa la dimensiunile prevăzute in desen dintr -o foaie de tabla din același
material din care este confecționat învelișul ce se repară;
4. Se aplica eclisa peste înveliș si se contragăures c doua din găurile de pe eclisa prin înveliș,
se fixează cu agrafe cele doua găuri si se contragăuresc și celelalte găuri;
5. Se demontează eclisa si se debavurează găurile din înveliș și eclisa;
6. Se eloxează și se grunduiește eclisa;
7. După uscarea grundului se nituiește eclisa de înveliș, ordinea de nituire fiind, pe fiecare
latură, de la mijloc spre extremități.

7.3. Reparatia bordului de atac al nervurilor

1. Bordul de atac al aripii este cel mai expus la deformații și degradări prin lovituri ce se pot
întâmpl a în timpul exploatării. Reparația unei fisuri pe nervură, cauzată de o lovitura
puternică pe învelișul bordului de atac.
2. Se decupează porțiunea degradata de înveliș
3. În funcție de gravitatea uzurii , vârful nervurii se desface in vederea înlocuirii, sau se taie
numai zona deformată și fisurată a vârfului de nervură.
4. Se confecționează un detaliu nou de vârf de nervura care se va monta in locul celui uzat.

Fig.7.1 Reparație nervura de bord de atac [ZAH 17]

Analiza principalelor tehnici de reparație specific e aripii

69
7.4. Reparatia lonjeroanelor

Lonjeroanele a ripii constituie elementele de rezistenta cele mai importante din structura
avionului. In mod normal, uzurile sau deteriorările acestora nu sunt cauzate de eforturile si
solicitările obișnuite ce se produc in timpul funcționarii avionului , ci de unele ava rii accidentale
sau din cauza unei exploatări necorespunzătoare.
Daca este degradata o mică porțiune a inimii lonjeronului (de exemplu: cel mult 1/3 din înălțimea
inimii si cel mult 2/3 din deschiderea dintre nervuri in sensul anvergurii), inima se repara prin
aplicarea unei eclise din aluminiu cu grosimea egală cu grosimea inimii degradate. Înainte de a se
aplica eclisa , trebuie decupata porțiunea degradata din inima , imprimându -se o formă
dreptunghiulară cu colțurile rotunjite cu o rază minima de 10 mm sau o formă eliptica.

Înainte de a se începe reparația tălpilor longeroanelor, trebuie deznituit învelișul in locul defectului
si examinate cu atenție toate elementele construcției in zona degradării, pentru a se vedea daca
tălpile nu sunt încovoiate, dac a nu s -a produs o forfecare totală sau parțială a niturilor de fixare a
tălpilor și daca nu sunt crăpături în tălpile lonjeronului.
În cazul unei încovoieri locale, neînsemnate a tălpii lonjeronului, pe o lungime de maximum 120 –
150 mm și o săgeată mai mică de 3,5 – 4% la tălpile inferioare care lucrează la compresiune, fără
pierderea stabilității inimii lonjeronului și fără forfecarea niturilor de fixare a tălpilor, se admite
îndreptarea tălpii la rece cu ajutorul unei prese de mana cu șurub. Înainte de înd reptare, trebuie
scoase, cu burghiul, niturile de fixare ale tălpii la inimă, pe toată porțiunea încovoierii.

7.5. Reparația liselor Aripii

Lisele completează scheletul de rezistenta a aripii, preluând o parte din eforturile de
încovoiere si de răsucire care se produc in structura aripii. De obicei, reparațiile necesare la lise
sunt ranforsări ale unor zone de uzuri locale sau înlocuiri de tronsoane prin montarea unui profil
nou și aplicarea unor eclise de înnădire la capete.
Secțiunile liselor sunt prof ile de diverse forme: corniere simple, corm ere cu secțiuni speciale,
profile Z, profile omega sau U etc.
Daca degradarea nu depășește distanta dintre nituri atunci se decupează defectul și se ajustează sa
nu rămână muchii ascuțite și se montează o ranfors are.

Analiza principalelor tehnici de reparație specific e aripii

70
Când degradarea lisei cuprinde o lungime mai mare , atunci reparația se execută prin decuparea
completa a porțiunii de lisa si ranforsarea ei cu eclisa .

7.6. Reparația compartimentului etanș la aripile cu rezervoare integrate pentru
combustibil

O soluție modernă, des folosita în ultimul timp la construcția avioanelor, o constituie
amenajarea în interiorul structurii aripii a unui compartiment etanș care să constituie rezervor
pentru combustibil. Acest compartiment poartă denumirea de rezervor int egrat. Avantajul acestei
soluții constructive consta in simplificarea structurii -interioare, in folosirea mai judicioasa a
spațiului, in sensul ea se poate înmagazinată o cantitate mult sporita de combustibil, ceea ce, rn –
a.i ales in cazul avioanelor cu motoare reactive ce au un consum mare de petrol, este foarte
important. De asemenea, un alt avantaj îl constituie prețul de cost mai mic al acestei soluții față de
construcțiile clasice eu rezervoare demontabile.
Ermetizarea rezervoarelor de combustibil i ntegrate se execută prin aplicarea unei pelicule de pastă
de etanșare în spatiile libere tuturor îmbinărilor din compartimentul respectiv. Exista câteva rețete
de preparare a acestor etanșați, toate au la baza diverse amestecuri din cauciuc sintetic care s e
vulcanizează după ce a fost aplicat. De obicei, pasta se prepară înainte de aplicare din doi sau trei
constituenți.
Amestecul preparat trebuie folosit imediat, deoarece, in funcție de proporția de soluție de
vulcanizare și accelerator introdusă, el se m enține în stare vâscoasă un timp limitat, apoi se
vulcanizează și se întărește.
Este de remarcat ca toate pastele de etanșare pentru rezervoarele de combustibil din aripa sunt
materiale toxice; din aceasta cauză, prepararea, manipulare și păstrarea lor tre buie făcute cu foarte
mare atenție.

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

71

8. Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului
confecționate din materiale compozite. Studiu de caz.

8.1. Identificarea schemei de reparație aplicabila

Orice capitol din manualul de reparație SRM are trei mari parți componente:
a) Identificarea
b) Stabilirea limitelor de defect acceptabile
c) Scheme de reparație specifice piesei defecte
Identificarea piesei defecte se face in SRM, la capitolul ATA din care face parte piesa, capitol
explicitat prin codu l IDENTIFICATION. Funcție de complexitatea ansamblului pot exista mai
multe capitole de identificare notate IDENTIFICATIONn, unde n este propriu unui ansamblu .
Informațiile importante din acest capitol care se vor folosi ulterior in reparație sunt:
Tipul de material
Tratamentul termic aplicat
Tipul de fagure, in cazul materialelor compozite
Modul de așezare a pliurilor materialelor compozite
Temperatura de polimerizare (cura) in cazul materialelor compozite
După identificarea completa a materialului pies ei de reparat se verifica in funcție de efectivitatea
avionului care este tipul de material al piesei care se repara.
Informația referitoare la tipul de material va fi folosita ulterior pentru identificarea materialului,
dublorilor de reparație si/sau alte piese de reparație indicate in schema de reparație aprobata.
Informația referitoare la grosimea piesei de reparat este folosita in alegerea grosimii
pieselor/dublorilor de reparație cat si pentru stabilirea procedeelor tehnologice de fabricație a
pieselor de reparație: îndoire, matrițare, formare, ambutisare etc.

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

72
8.2. Stabilirea limitelor de defect acceptabil

Din manualul SRM capitolul care stabilește limitele acceptabile de defect pentru fiecare
capitol ATA este identificat cu ADn=Allowable Damage, un de n este numărul de subcapitol AD.
Allowable Damage= (Defect admisibil) este definit ca un defect fără restricții de zbor.
Repairable Damage= (Defect reparabil) este definit ca un defect reparabil.
Replacement of Damaged Parts= (Inlocuirea reperului defec t) este definit ca un defect unde este
necesara înlocuirea piesei vizate.
În funcție de localizarea piesei defecte pe aeronava se va utiliza doar (Capitolul SRM si
subcapitolul AD indicat in identificarea piesei defecte.
În funcție de tipul de defect si localizarea acestuia pe avion se identifica paragraful care
indica limitele minime si maxime admisibile pentru tipul de defect.
În situația în care limitele maxim admisibile pentru defectul identificat nu sunt depășite
piesa nu se repara și se aplic ă masur ile de protecție de suprafață indicate în SRM, paragraful AD
aplicabil:
a) Reprotejarea prin metode chimice a aliajului de aluminiu ,o țel, titan , magneziu..
b) Aplicarea de grunduri de protecție.
c) Aplicarea de strat exterior de vopsea poliuretanică.
În situația în care limitele maxim admisibile pentru defectul identificat sunt depășite atunci se
consult ă capitolul de reparații specific din cadrul capitolul SRM aplicabil piesei defecte.
Ca regula generala nu se folosesc metode de reparație cu caracter gen eral (SRM Cap ATA -51-
Structures General) fără a fi indicate in capitolul SRM de reparații aplicabil piesei defecte.
a) Scheme de reparație specifice piesei defecte
Schemele de reparație aprobate de producătorul aeronavei se găsesc in capitolul
specific ATA specific piesei de reparat sub denumirea SRM -Repairn, unde n este numărul
schemei de reparat aplicabil componentei respective,
Fiecare schema de reparație are niște limite de aplicabilitate în funcție de: Serial No. si Line
No. unice ale aeronavei.
Nu se utilizează scheme de reparație pentru componente a căror date de identificare sunt in
afara limitelor de aplicabilitate a schemei respective.
Pentru reparațiile aprobate de producătorul aeronavei exista următoarele trei categorii

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

73
a) Reparație permanent ă: Est e o reparație permanent ă în care nu e nevoie de nici o alt ă
inspecție înafara de inspecția normal ă periodic ă a operatorului.
b) Reparație interim: Este o reparație permanent ă în care este necesar ă inspecții
suplimentare periodice la timp bine stabilit și refă cută daca este detectat o
neconformitate, aceast ă reparație are rezisten ță structural ă necesar ă și poate s ă rămână
pe aeronava în termen nelimitat.
c) Reparație temporala: Este o reparație cu timp limitat care trebuie reluata și refăcută
într-un timp specific at de regula la zboruri ciclici ,ore de zbor de funcționare, aceasta
reparație are rezisten ță structural ă necesar ă dar nu are duritate suficient ă..
În situația in care pentru piesa defecta nu sunt descrise reparații specifice, reparații
generale și nici limite de evaluare a defectului se va solicita direct producătorului aeronavei
o schema de reparație aplicabilă.
Datele care se transmit la producătorul aeronavei pentru emiterea unei scheme de reparație
sunt:

1. Informațiile avionului: date de identificare , LN, SN, Var.No
2. Informațiile avionului: date de identificare, LN, SN, Var.No
3. Descrierea generală a defectului
4. Localizarea si mărimea defectului
5. Ce operații s -au efectuat pentru îndepărtarea defectului
6. Propunere de reparație și instrucțiuni de instalare s pecifice localizării defectului
În situația în care nici producătorul aeronavei nu poate furniza o schema de reparație
aplicabila defectului identificat atunci singura soluție este înlocuirea piesei defecte cu una
noua.

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

74
8.3. Studiu de caz: Repa rație flaps din material compozit

1. Identificare suprafață de comanda defecta
LH INBOARD AFT FLAP
P/N: 113A2700 -17
S/N: 0 -0808

Fig.8.1. Flaps -ul de reparat

2. Identificare și evaluare defecte

Fig.8.2. Coroziunea pe flaps

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

75
Pentru identificarea def ectelor se efectuează următoarele inspecții:
-Se inspectează vizual piesa, pentru a se găsi neconformitățile, eroziunile, si suprafețele rupte.
-Se fac e inspecția la Tap test conform SRM Boeing 737 NDT Manual.
-Se face inspecția ultrasonica cu instrumente avizate si indicate in manual .Inspecția se face pentru
a detecta dezlipiri, incluziuni, fisuri.

3. Alegerea procedurei de reparație.
Conform manual SRM 57 -53-01, reparația aplicabila este REPAIR 4: Inboard and Outboard AFT
Flap Trailing Edge Wedge repair , si suntem ghidați in a utiliza principiile generale de reparație a
materialelor compozite enumerate in SRM51 -70-10, REPAIR 2.

4. Execuție și montare dublori de reparație
Conform SRM 51 -70-10, Repair General, Paragraf 8: Asigurați -vă ca dubloarele de re parație
și petecele sunt făcute din același material sau aliaj echivalent cu tratamentul termic identic cu
piesa originală . Grosimea se alege din identificare .Eliminați toate zgârieturile, scobiturile ,
marginile ascuțite și alte impurități de pe petecele ce se v -or folosi în reparație.

5. Inspecție repere de reparație și zona de reparație
Conform SRM 51 -70-10, Repair General, Paragraf 10:
Vizualizați sa nu fie deformate zonele de contact intre dublor și zona de instalare a
dublorului.
Se folosesc tehnic i de detectare NDT în vederea aflări defectului .

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

76
6. Pregătirea suprafețelor în contact pentru reparație (AC-130)

Fig.8.3. Decuparea zonei cu defect

Conform SRM 51 -70-10, Repair General, Paragraf 14:
Procedura de pregătire a suprafeței pe care se va aplica un grund adeziv bazat ă pe o soluție solubil ă
în apa care acționează ca un agent de curățare chimic ă a suprafeței
Modul de pregătir e mecanic ă a suprafeței și de aplicare a soluției este precizat în instructiunile
producatorului Boegel (AC -130).

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

77
7. Aplicare grund adeziv

Fig.8.4. Aplicarea grundului adeziv

Conform SRM 51 -70-10, Repair General, Paragraf 15:
Alegerea grundului adeziv se face după următoarele criterii;
1. temperatura de polimerizare a piesei din timpul fabricației iniția le a acesteia
2. tipul de film adeziv, ales funcție de temperatura de polimerizare inițială și mărimea reparației
3. tipul substanței folosite la pregătirea suprafețelor de reparație (vezi pct.6)

Producătorul aeronavei furnizează in documentația de repara tei date detaliate referitoare la
grunduri adezive. Datorita multitudinii de reparații autorizate in SRM fiecare specificație de grund
adeziv este împărțita pe Type și Class.
Type semnifica in principal temperatura de polimerizare folosita la reparatei; 2 00, 250. 300 grade
F
Class semnifica tipul de grund adeziv si modul de codificare.

Înainte de aplicare se asigura că toate echipamentele de pulverizare și alte instrumente de
aplicare sunt complet curate înainte de a le utiliza pentru a aplica grundul a deziv.

După scoaterea grundului adeziv din condiția de stocare se măsoară temperatura acestuia și sa
ajungă la temperatura ambientala de 65° sau 90°F (18°and 32°C).

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

78

Se utilizează instrucțiunile fabricantului pentru a amesteca adezivul.
Se aplica adezivu l.
Se lasă să se usuce adezivul.
Încălziți zona cu o lampa de căldura sau cuptor grundul adeziv conform indicațiilor producătorului.
Se măsoară grosimea grundului după ce grundul s -a răcit la temperatura ambientală.

8. Execuția polimerizării filmului adez iv

Fig.8.5. Aplicarea de film adeziv si folia de întărire

Fig.8.6. Primul strat de petec

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

79

Fig.8.7. Al doilea strat de petec

Fig.8.8. Așezarea stratului de fibra de sticla

Fig.8.9. Montarea păturii termice

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

80

Fig.8.10. Montarea finala a sacului de vid

Procedura sacului de vid și a păturii termice
1. Scoate -ti o parte din aer înainte de a începe reparația.
2. Utilizați un vid inițial de 3 pana la 5 inci (7,6 la 12,7 cm) coloana de mercur timp de 15
minute
3. Se aplica un vid minimum 56 de cm coloana de me rcur timp de 1 minut
4. A se face o inspecție a sacului de vid pentru a detecta posibilele scurgeri.
5. Se începe repararea cum este specificat in SRM pentru tipul de film adeziv ales
6. Se aplica si se păstrează un vid de minim 50 cm coloana de mercur in timpul ci clului de
funcționare
7. Când s -a scurs timpul se micșorează temperatura la o rata de 5 grade pe minut. Lăsa-ți
partea reparată să scadă la temperaturi de 150 ° f (66 ° c) sau mai puțin înainte de a elibera
presiunea
.

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

81
9. Inspecție si protecție finală

Fig.8.11. După efectuarea polimerizări

Conform SRM 51 -70-10, Repair General, Paragraf 21:
Se efectuează inspecția NDT de tip ultrasonic. Pentru calibrarea echipamentelor se folosesc
etaloane dedicate fiecărui tip de material compozit. Producătorul ae ronavei indica
echipamentele, etaloanele, procedura de verificare si modul de interpretare a rezultatelor într –
un manual separat de mentenanță denumit NTM = Non Destructive Testing Manual (Manualul
testelor ne distructive)
În cazul nostru s -a folosit metod a ultrasonic definita de NTM capitolul 51 -00-00 Part 6

Proceduri de reparație a suprafețelor de comanda ale avionului confecționate
din materiale compozite. Studiu de caz.

82
10. Curățarea, refacerea si protecția exterioara

Fig.8.12. Curățarea finală

Conform SRM 51 -70-10, Repair General, Paragraf 22:

Daca după inspecția NDT nu se găsesc delaminari, dezlipiri , deformări mecanice sau abateri
de la profilul aerodinamic al componentei, atunci se curata suprafața reparată in vederea
etanșări si finisări în funcție de locație (interior -exterior), poziție pe avion (vopsita sau
nevopsita):
Alodinare – eloxare exterio ară a dublorului de reparație
Se aplică etanșant pe marginile dublorului de reparație. Se grunduiește si se vopsește cu
materiale indicate in AMM în funcție de localizarea pe avion si in funcție de indicațiile
producătorului (tipul de vopsea, culoarea, asp ectul: lucios/mat).

Tehnologia de printare 3D. Aplicație aripă ondulată

83
9. Tehnologia de printare 3D. Aplicați e aripă ondulată

9.1. Tehnologia de printare 3D generalitati
Imprimarea 3D este un proces de formare a unui obiect solid tridimensional de orice formă,
realizat printr -un proces aditiv, î n cazul în care straturi succesive de material sunt stabilite în
diferite forme. Imprimarea 3D este de asemenea, distinctă de tehnicile de prelucrare tradiționale,
care se bazează în principal pe eliminarea materialelor prin metode cum ar fi taiere sau de așchiere,
procese care elimina material.
Imprimantele 3D permit designilor să producă într -un timp foarte scurt un prototip. În
consecință prototipul poate fi testat pentru diferite sarcini cum ar fi analiza (CFD, FEM) si
remodelat rapid în cazul în care rezultatele testelor nu corespund cu cerințele sau atribuțiile
produsului proiectat.
Termenul de imprimare 3D original se referă la un proces în care se depozitează un material liant
pe o masa de lucru cu un jet de cerneala strat cu strat.
9.2. Principii g enerale
O imprimanta 3D este un tip de robot industrial, care este capabil sa efectueze aceste
procese sub control computerizat.
Modelele 3D imprimabile pot fi create cu un pachet de modelat asistat de computer (CAD),
prin intermediul unui scaner 3D sau pr intr-un aparat foto simplu si prin softurile specializate de
photogrametrie.
Modelele imprimate 3D create cu ajutorul softurilor specializate CAD adeseori pot avea erori, din
aceasta cauză se prestează corectarea și verificarea lor înainte de tipărire. Pen tru corectarea
modelelor si minimizarea erorilor ce pot aparea se convertesc toate fiseriele CAD in extensia STL.
Odată finalizat, fișierul STL trebuie să fie prelucrate de către software -ul numit "Slicer, ",
care convertește modelul într -o serie de strat uri subțiri și produce un fișier G -Code care conține
instrucțiuni adaptate la un anumit tip de imprimantă 3D .
Construcția unui model cu metode contemporane poate dura de la câteva ore la câteva zile
in funcție de metoda utilizata și de mărimea și complexi tatea modelului. Sistemele aditive pot
reduce de obicei acest timp la câteva ore, deși variază foarte mult in funcție de tipul de mașina
utilizată și dimensiunea și numărul de modele fiind produse simultan.

9.3. Aplicație aripă ondulată
În cele ce urmea ză o să vă prezint procedeele urmate în vederea realizări modelului fizic,
imprimării aripii ondulate cu ajutorul unei imprimate 3D.

Tehnologia de printare 3D. Aplicație aripă ondulată

84
Procedura 1. Crearea modelului CAD si scalarea lui in vederea convertiri lui in format STL.
Pentru crearea modelului si pe ntru eliminarea viitoarelor erori ce pot apărea s -a reconstruit modelul
3D folosind aceleași pași ca la modelarea propriu -zisa de la capitolul 3.

Fig.9.1. Linii ajutătoare
Se creează într -un sketch 3D linii ajutătoare cu scopul de a forma aripa și ondula țiile.

Fig.9.2. Profilele aripii

Se creează plane paralele cu Frontal panel și apoi se inserează profilele potrivite pentru tronsonul
respectiv. Se folosesc 3 tipuri de profele distincte.
În cele din urma se folosește comanda Loft boss/base pentru crear ea aripii simple pline.

Tehnologia de printare 3D. Aplicație aripă ondulată

85

Fig.9.3. Aripa plin ă

Având în vedere că aripa are o anvergură egala cu 15 m , acesta trebuie scalat pentru a se putea
crea modelul prin imprimare la o imprimanta 3D de mici dimensiuni.
După folosirea funcției Scale și utilizarea unui factor de scalare de 0,015 s -a ajuns ca aripa să aibă
215 mm în anvergur ă.

Fig.9.4. Scalarea aripii
În vederea salvării în format STL se folosesc următori pași: Save As -Se alege formatul STL apoi
în tabul Options se alege cea mai mare rezoluție pent ru modelul nostru și se salvează modelul.

Tehnologia de printare 3D. Aplicație aripă ondulată

86

Fig.9.5. Parametrii de salvare

Procedura 2 . Introducerea modelului CAD in format STL în programul de parametrizare si
control al imprimantei .In acest program denumit și slicer se poate modifica dimensiunile
modelului și a filamentului, grosimea stratului, viteza de printare, temperatura de topire a
filamentului, temperatura masei de lucru și tipul de suport folosit.
În acest program se v -or cunoaște lungimea filamentului folosit, masa modelului final și durata
finalizări produsului.

Fig.9.6. Modelul in program
De remarcat în imagine un al doilea model acela este o secțiune din aripa în vederea vizualizări
clare a subansamblurile aripii.

Tehnologia de printare 3D. Aplicație aripă ondulată

87

Fig.9.7. Parametrizarea imprimării
Procedura 3. Imprimarea propriu -zisa a aripii ondulate și a secțiunii de aripă.

Fig.9.8. Crearea suportului
Imprimanta își creează suporți pentru a putea s ă imprime modelul fără apariția defectelor și
erorilor.

Tehnologia de printare 3D. Aplicație aripă ondulată

88

Fig.9.9. Depunerea de straturi
Depunerea de straturi la diferite unghiuri.

Fig.9.10. Finalizarea procesului
Pentru dezlipirea produsului de masa de lucru se folosește programul de finalizare a imprimantei
care încălzește masa de lucru la temperaturi de 60 -80 de grade pentru a ajuta la dezlipire.

Fig.9.11. Dezlipirea produsului d e pe masa de lucru

Concluzii

89
Concluzii

Scopul acestui proiect de diplom ă a fost pentru a îmbunătăți caracteristicile aerodinamice
a unei aripi și mărirea portan ței la unghiuri mari de incidenta.
Pentru a reuși acest lucru m -am inspirat din natura de la balena c u cocoașa , mai exact de la
înotătoarea dorsala care are niște perturbații pe bordul de atac care o ajuta pe balena sa facă
întoarceri rapide pentru a prinde prada in ciuda gabaritului si dimensiuni mari. După modelarea
aripi 3D ondulata si a celei convenți onale , acestea au fost supuse la analize de curgere ce au arătat
o îmbunătățire a stratului limita pentru aripa ondulata in detrimentul aripi clasice deci coeficienți
de portanta mari la unghiuri mari de incident ă.
Aceste ondulații pe bordul de atac, folos ite în mai multe domenii din industrie, ajut ă la întârzierea
angajări chiar și la unghiuri de incidenta de pana la 40 grade.
Aceste ondulați inspirate din natura au un impact pozitiv asupra curgeri aerului. Cauza pentru
îmbunătățirea stratului limita este acela de a impulsiona stratul limita prin crearea de vârtejuri in
flux.
Cel mai mare dezavantaj al aripi ondulate este fabricația pârți ondulate propriu -zise, dar cu
trecere timpului și evoluare tehnologiilor de fabricare cum ar fi cele aditive ,cu ajutor ul
imprimantelor 3D ,acestea pot fi create fără mari probleme și într -un timp scurt.
Aceste ondulații pe bordul de atac pot fi puse pe dispozitive de hipersustentație numite
valeți de bord de atac. Aceste dispozitive de hipersustentație cu ondulați nu num ai ca au rolul bine
definit asemenea celor clasice ci și ajuta la curgerea aerului la unghiuri mari de atac.

Bibliografie

90

Bibliografie

[PRE 01] PREOTU, O., Calculul și construcția avionului , Editura Tehnică, București, 2001.
[MIC 01] MICLAUS L., Glosar Aviatic , Editura Marineasa, Timișoara, 2001
[BER 80] BERBENTE, C., Construcția aeronavelor – Manual pentru licee industriale,
Editura Didactică și Pedagogică, București , 1980.
[MIL 10] MILLER,S.,J., Adaptiv wing structures for aeroelastic drag reduction and loads
alleviation, School of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering, 2010.
[CS 25] EUROPEAN AVIATION SAFETY AGENCY – Certification Specifications for
Large Aeroplanes CS -25, Amendment 1, 12 December 2005.
[FIS 06] FISH,F.,E.,LAUDER,G.,V., Passive and active flow control by swimming fishes
and mamals, Annual review of fluid mechanics, 2006.
[EGB 76] EGBERT, T., Synthesis of subsonic ariplane design, Delft University Press,1 976.
[NIC 11] NICULITA,C., Theoretical and experimental contributions regarding aircraft’s
adaptiv wing (morpging). Editura Universității Transilvania din Brașov, 2011.
[HAN 12] HANSEN,K.,L., Efect of leading edge tubercles on airfoil performance, The
Univ ersity of Adelaide,2012.
[GRO 65] GROSU, I., Calculul și construcția avionului Vol. I, Editura Didactică și
Pedagogică, București, 1965.
[NIU 11] NIU, M.C., Airframe Stress Analysis and Sizing , Adaso/Adastra Engineering
Center, New York, 2011.
[ZAH 17] ZAH ARIA, S.M. – Notițe de curs, Calculul și proiectarea structurilor aeronautice
[UDR 06] UDROIU, R., Materiale compozite. Tehnologii si aplicații in aviație , Editura
Universității „Transilvania” din Brașov , 2006.
[SRM] Structural Repair manual, Boeing 737-800.
[WWW 01] Cheson de rezisten ță, Componentele principale ale chesonului
https://ro.wikipedia.org/wiki/Avion .
[WWW 02] MAK -123 https://www.pinterest.ca/pin/582723639254992793/?lp=true .
[WWW 03] Oblique wing https://www.nasa.gov/centers/dryden/multimedia/imagegallery/AD –
1/ECN -15846.html .
[WWW 04] CL-84 CF -VTO -X during testing, https://en.wikipedia.org/wiki/Canadair_CL -84.

Bibliografie

91
[WWW 05] Morphing https://www.theengineer.co.uk/issues/20 -june-2011/morphing –
materials -form -the-shape -of-wings -to-come/ .
[WWW 06] DARPA's Morphing Program
http://dnc.tamu.edu/projects/flowcontrol/Morphing/public_html/darpa.html .
[WWW 07] Train http://www.levinegabriella.com/exploringbiom imicry/ciid/wp –
content/uploads/2013/07/train_kingfisher_550x216.jpg
[WWW 08] Biomimica https://wol.jw.org/en/wol/d/r1/lp -e/1102010232 .
[WWW 09] Vortex generators http://www.boldmethod.com/learn -to-fly/aerodynamics/vortex –
generators/ .
[WWW 10] Tubercles on aileron http:/ /www.somersf1.co.uk/2014/07/bite -size-tech-mclaren –
mp4-29-new.html .
[WWW 11] Whale power tubercle technology https://designtoimprovelife.dk/whalepower –
tubercle -technology/ .

Anexe

92
ANEXE

Anexele sunt în felul următor :

• Desenul aripi (Planșa 1)
• Comparație aripă ondulată/aripă clasică (Planșa 2)
• Analiza cu element finit (Planșa 3)
• Tehnica de reparație flaps (Planșa 4)
• Imprimarea 3D (Planșa 5)