Conselhos para projetar a estrutura interna da asa do planador

Estou interessado em projetar uma asa semi-monocêntrica em escala para um planador. Eu fiz algumas pesquisas sobre o framework e estrutura interna. Descobri as longarinas, costelas e longarinas e estou tentando produzir um projeto com a maior relação resistência-peso. Estou planejando fazer a asa de 0,5m de comprimento com um comprimento de corda de 0,1m ao longo da seção transversal (sem afilamento).

Aqui está meu projeto até agora:

Se alguma coisa não estiver esclarecida, comunique-me por favor. No meu primeiro diagrama, coloquei 2 retrancas através da asa em cerca de 10% do comprimento da corda a partir da borda de ataque e 15% da borda de saída, deixando 75% do comprimento da corda entre as duas retas.

No segundo diagrama, há um plano aproximado de quantas costelas seriam usadas e onde elas seriam colocadas: o contorno sólido é o contorno da asa, as linhas pretas grossas são as longarinas e as linhas tracejadas são as costelas.

Eu usei uma configuração triangular, como o triângulo é a forma mais forte e resiste ao cisalhamento, torção, compressão e tensão melhor do que qualquer outra forma. Então eu coloquei uma costela descendo do canto superior de cada um dos três triângulos para o fundo de cada um. Depois, coloquei nervuras (ou longarinas) entre cada um dos cantos inferiores dos triângulos.

Minha pergunta é: como posso melhorar ou otimizar esse design? Existe um certo número de triângulos que eu devo usar e quão grande eles devem ser em relação à asa? Deveriam ser triângulos equiláteros ou é isósceles mais fortes? Além disso, quantas costelas devo usar?

Não estou procurando ninguém para descobrir as quantidades exatas. Se houver algum tipo de cálculo que eu precise realizar para encontrar o número ideal ou triângulos e nervuras, eu ficaria feliz em fazer isso. A menos que esteja muito além do padrão de física / matemática de nível A, provavelmente não serei capaz de fazê-lo. Mas eu gostaria de conselhos sobre como posso descobrir isso. Se a minha pergunta for vaga ou pouco clara, por favor informe-me e terei o prazer de editá-la.

Obrigado

— kashveyron
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A ideia de usar mastreações e nervuras para fazer uma estrutura leve para resistir à flexão é boa, mas acho que os detalhes estão errados. Seu desenho resistirá à flexão das pontas das asas na direção longitudinal, mas as grandes cargas de flexão são na verdade verticais. Se você precisar de duas longarinas unidas por nervuras, elas devem estar verticalmente acima umas das outras para resistir a essas forças de flexão. (A relação entre as cargas verticais e longitudinais é aproximadamente a mesma que a relação de planeio, que deve ser de pelo menos 10 para um design de asa aerodinâmico razoável, e tão alta quanto 50 para uma asa de planador de "alta tecnologia"!)

— alephzero

Bom tema. Você prefere intencionalmente costelas para espalhar as cargas para as longarinas? Você também pode usar espuma para a estrutura interna e duas vigas (cesarianas).

— Gürkan Çetin

Se você quer projetar algo, o primeiro passo é descobrir o que o design precisa fazer - ou seja, quais são as forças que irão atuar na longarina.

Você pode encontrar a carga da asa a partir do peso do avião mais a força máxima "g" que você quer que ele sobreviva em vôo (e em pouso forçado, enquanto você está aprendendo a voar!)

Você também precisa pensar nas forças de torção nas asas - leia sobre a diferença na posição dos acordes do "centro de pressão" e do "eixo neutro" do feixe criado pelas suas longarinas.

Então, você pode encontrar as tensões de flexão e torção nas longarinas, e calcular quão grandes elas precisam ser para transportar essas cargas.

A coisa "legal" sobre as vigas é que as tensões são estaticamente determinado - ou seja, alterar a forma do feixe não altera o padrão de carga (exceto a mudança no peso da asa, é claro).

Isso deve ajudá-lo a responder sua pergunta. O design mais leve provavelmente terá spars que são afilados ao longo de seu comprimento - isso pode ser mais importante do que o layout exato da "web" conectando os spars, para economia de peso.

— alephzero
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Obrigado por esse conselho, eu definitivamente vou ler no centro da pressão e no eixo neutro. No seu quinto parágrafo, eu não entendo o significado estaticamente determinado, você poderia explicar isso com um pouco mais de detalhes, por favor?

— kashveyron

Quando você diz que "a forma do feixe não altera o padrão de carga", isso significa que a forma da seção transversal das longarinas não afeta o peso que ela pode suportar?

— kashveyron

Não é bem assim. A forma do feixe não muda o força de cisalhamento e momento fletor em qualquer posição ao longo do comprimento do feixe, mas muda a maneira como o estresse varia ao longo da seção transversal do feixe. É o estresse (máximo) que quebra as coisas, não a força total. Assim, o processo de design pode ser feito em duas etapas separadas: primeiro encontre as forças e os momentos de flexão e, em seguida, encontre a menor (ou mais leve) forma em cada seção que suportará essas forças sem quebrar.

— alephzero

"Determinado estaticamente" significa que a distribuição de carga na estrutura não dependem da rigidez relativa de diferentes partes da estrutura - ou seja, você pode calcular a distribuição de carga e, em seguida, calcular as tensões e deflexões, como duas etapas separadas. Isso faz com que encontrar o efeito de mudanças no design muito muito mais simples de fazer do que na situação geral em que "tudo depende de todo o resto".

— alephzero