PROJETO AERODINÂMICO DE AERONAVE CARGUEIRA

JULIO EDUARDO FORSTER, MATHEUS BUENO DA ROSA, FABRICIO ANTONIO EGERT, JORGE LUIZ RODRIGUES MARQUES

Resumo


O desenvolvimento de uma aeronave consiste na conexão de vários sistemas interligados. Com relações extremamente dependentes as áreas de aerodinâmica, estabilidade, desempenho e estruturas elevam a aplicação dos conceitos de engenharia aos limites. Este trabalho apresenta os objetivos dos elementos aerodinâmicos, bem como a metodologia de projeto e resultados do dimensionamento de uma aeronave do tipo cargueira destinada à XV Competição SAE Brasil de Aerodesign. Foram estabelecidos requisitos conforme a missão e características esperadas para a aeronave. Esta é a parte conceitual, onde os problemas são definidos e os primeiros parâmetros são introduzidos no projeto. A aeronave deve cumprir voos dentro da área limitada pela comissão organizadora, voo suave com raios de curvatura alto, porém para garantir segurança total do voo e possuir capacidade de controle para realizar manobras de segurança com raios de curvatura menor. Os primeiros conceitos aerodinâmicos são aplicados de imediato definindo assim a localização da asa, formato da asa, tipo de empenagem e layout da aeronave. A aeronave também deve ser eficiente estruturalmente. Em consequência, surgem as etapas de projeto preliminar e detalhado, ou seja, deve ser leve e carregar grande quantidade de carga. Estas entradas conceituais servem para guiar o desenvolvimento de todas as áreas, visto que as superfícies aerodinâmicas influenciam de forma direta na geração de sustentação. Suas dimensões relacionam de imediato o aumento do peso e a capacidade de carga. As dimensões de envergadura e cordas aerodinâmicas levaram em consideração parâmetros como razão de alongamento para que o objetivo de ter uma asa de alta eficiência fosse atingido. Além da eficiência aerodinâmica, a distribuição da sustentação na asa afeta o dimensionamento estrutural da asa. Para que esta distribuição aconteça de forma harmônica, foi dimensionada uma torção geométrica que combinada com a razão de afilamento contribui com melhor distribuição dos esforços, resultando em menor peso estrutural. Para atender às exigências de estabilidade, a asa foi projetada com diedro. As demais superfícies aerodinâmicas tiveram seus perfis e dimensões estimadas no projeto preliminar, posteriormente na etapa de projeto detalhado estas superfícies foram o foco dos dimensionamentos de estabilidade. A localização dos estabilizadores foi definida através de simulação numérica. As reações geradas pelos elementos da empenagem foram analisados utilizando conceitos de mecânica clássica por equações de forças e momentos. Os cálculos foram estruturados no software Excel. A facilidade de comparação entre várias aeronaves neste método de cálculo permite a análise de várias configurações de forma prática. A geração de gráficos contribuiu para a análise prática dos resultados. O resultado do dimensionamento é uma aeronave capaz de carregar mais de 4 vezes o seu peso em forma de carga. A sustentação gerada pela asa bem como os comandos e características estáveis da aeronave foram verificados em voo. Uma série de 15 testes com o protótipo confere os dimensionamentos e a metodologia de cálculo utilizada. Também foram realizados ensaios em túnel de vento validando as equações utilizadas. A aeronave está preparada para realizar os voos nas condições estabelecidas pelos projetistas. Os voos com o protótipo carregado com o peso máximo confirmaram a alta capacidade de carregar carga da aeronave e conferem alto grau de competitividade para a equipe.


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