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Structural design of a ULM PrandtlPlane wing system

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2. The prototype 2.4. Materials 2.4 Materials Several kind of material are used to build the prototype; in particular, carbon laminates and wood. Carbon laminates are used to build the entire fuselage shell, some layers of the upper flanges of both spars and the entire spar of winglet. Wood is used in ribs, webs of main spars, skin and also in a great number of layer in the flanges. In particular there are three types of wood: European Spruce, birch and okumè. European Spruce is used to laminate the flanges of the main spars, birch is used in ribs, reinforcing pads and also is the webs of the spars. Finally, okumè is used to build the skin. An overview of material properties is available in appendix A. In order to maximize strength and stiffness of the flanges against the bending moment, the fibers are directed parallel to the beam axis. The spars of front an rear wings are identical. Table 2.5 gives the longeron layout, where W means Wood, C means Carbon and the number before them indicates the quantity of layer staked. The carbon layers have a thickness of 1:2mm and are arranged on the flange outer surface, while the thickness of the spruce layers is 8mm for each ply. Concerning the thickness Section location[m] Upper flange[mm] Lower flange[mm] 0) 0:45 26:4(3L; 2C) 24(3L) 0:45) 0:95 34:4(4L; 2C) 24(3L) 0:95) 1:2 26:4(3L; 2C) 24(3L) 1:2) 1:6 26:4(3L; 2C) 16(2L) 1:6) 2:32 18:4(2L; 2C) 16(2L) 2:32) 3:72 9:2(1L; 1C) 8(1L) Table 2.5: Flange thickness distribution, as shown in the previous tables, it is assumed the minimum value at tip and the maximum one at root because the regulation requires that the static test of the structure is more confident without the winglet and, thus, both front and rear wings are tested as cantilever beams and designed accordingly. Figure 2.6 gives the spar layout Finally, concerning the material of laminates, both carbon and wood was used for the following reasons: first, a full carbon structure could be lighter than a mixed one, due to the higher strength characteristic but when the thickness has to be large due to buckling, a mixed solution using carbon and spruce could be most efficient, so even though both strength and stiffness are greater than the wood ones, the weight resultant could not be definitely lower. Finally, the main reason because the full carbon structure 14
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Structural design of a ULM PrandtlPlane wing system

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Informazioni tesi

  Autore: Alberto Viti
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi di Pisa
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria aerospaziale e astronautica
  Relatore: Aldo Frediani
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 160

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Parole chiave

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design
configuration
structural
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multiplane
unconventional
prantlplane
ulm
prandtl
prototype
wing box
conventional
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ultralight
multiplexed

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