MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO AERODINÂMICA PARA FUSELAGENS DE AERONAVES NÃO TRIPULADAS

LEONARDO MENDES RIBEIRO MACHADO, TARCISIO REOLON GELAIM, JORGE LUIZ RODRIGUES MARQUES, FABRICIO ANTONIO EGERT, LARA JUSTINE DA SILVA

Resumo


A aeronave não tripulada, radio controlada, participante da competição SAE Aerodesign Brasil é criada com o intuito de voar carregando a maior carga paga (carga além do peso estrutural da aeronave) possível, esta é projetada totalmente por bolsistas de extensão de engenharia da universidade e possui cinco divisões estruturais: asa, fuselagem, tail boom, empenagem e trem de pouso, sendo abordado neste trabalho os estudos referentes a estrutura e formato da fuselagem. A fuselagem de uma aeronave tem como função unir todos os componentes estruturais, bem como a fixação dos componentes elétricos e compartimento de carga, armazenando particularmente no nosso caso, devido a configuração da aeronave ser de uma aeronave cargueira e a nossa carga paga de modo com que esta fique fixa e protegida, impedindo que a mesma se desloque no interior da aeronave durante o voo, o que poderia acarretar na perda do seu controle e levá-la a estolar durante a missão. O grande infortúnio da fuselagem é o fato da mesma influenciar, e muito, na formação de uma força conhecida como arrasto (perdendo apenas para a asa devido a sua grande superfície de contato), uma grandeza aerodinâmica que influencia de forma negativa na aceleração da nossa aeronave, principalmente no momento da sua decolagem, pois conforme a geometria de uma superfície, a resistência ao escoamento do fluido (no caso ar) também varia. Dessa dificuldade surge uma força de oposição ao movimento (o arrasto) que resulta em uma redução da velocidade final, implicando em redução da carga final que pode ser sustentada em voo. Como objetivo desse estudo buscou-se modelar a estrutura da fuselagem de modo com que ela oferecesse a menor resistência ao escoamento possível para aumentar desta forma sua velocidade final e sucessivamente aumentar a capacidade de carga da nossa aeronave, de modo que esta mudança influenciasse mais na geração de sustentação do que agregaria de peso estrutural. De início, foram realizadas analises em CFD de inúmeros polígonos, buscando assim uma ideia aproximada da melhor configuração geométrica para nossa estrutura, visando o fluxo de escoamento mais linear possível do fluído em contato com a sua superfície, tendo como dados a se analisar a formação de vórtices e a velocidade do fluído ao interagir com estrutura, sendo observado que os polígonos com menos arestas e cantos vivos ofereciam menos resistência ao escoamento gerando assim menos arrasto. Após análise, foi adaptado a fuselagem do ano de 2014 (mesma que sofreu otimização aerodinâmica na análise CFD), cavernas que formavam o perfil com melhores resultados dos testados, fazendo uma comparação no ganho de velocidade pela relação de peso agregado, sendo que mesmo sendo notável o ganho de velocidade, este não supria o peso estrutural agregado pela otimização. Porém retornando as análises em software foi possível perceber uma melhora considerável ao se adotar a otimização em pontos críticos da fuselagem gerando uma otimização que atingiu os objetivos, aliando baixo peso e ganho de velocidade comprovados tanto virtualmente como de forma prática.


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