COMPARAÇÃO DE EFICIÊNCIA DO USO DE END-PLATES EM DIFERENTES FORMATOS DE ASAS DE AERONAVES

Resumo

O Projeto AeroDesign tem como principal objetivo projetar e construir uma aeronave não-tripulada, rádio controlada, para participar da competição SAE Brasil, carregando a maior quantidade de peso possível. Levando isso em consideração, um fator muito importante para a aeronave é sua eficiência. Uma forma de melhorar essa eficiência é com o uso de dispositivos de ponta de asa. Os mais usados no histórico da equipe Kamikase são os chamados end-plates, que são placas colocadas na ponta da asa e servem de barreira impedindo que o escoamento de ar da parte de baixo da asa "escape" para cima, aumentando a sustentação - força vertical para cima que é a principal responsável por fazer o avião voar - e diminuindo o arrasto induzido - força horizontal de sentido oposto ao da tração gerada pela hélice da aeronave -, aumentando, assim, a eficiência da asa e, consequentemente, da aeronave como um todo. Apesar de terem sidos feitos alguns estudos sobre end-plates pela equipe no passado, não houve continuidade nesses trabalhos. Com isso em mente, desenvolve-se esse estudo como forma de dar sequência aos anteriores, assim como gerar um conhecimento mais intuitivo sobre end-plates e ser capaz nivelar os conhecimentos dos membros da equipe sobre o assunto, fatores importantes para projetar a aeronave. Para isso, foi decidido buscar embasamento teórico sobre dispositivos de ponta de asa no geral e comparar a eficiência do uso de end-plates em três formatos de asas diferentes - asas usadas nas aeronaves dos anos de 2014, 2013 e 2012. Inicialmente foram feitos estudos sobre end-plates em diversas bibliografias conceituadas na área da aeronáutica, assim como em documentos da própria equipe, como relatórios de projetos dos anos anteriores. Posteriormente, foram feitas simulações no software Solidworks das asas com e sem end-plate como forma de tentar validar as informações obtidas nas pesquisas. Nessas simulações é possível verificar a velocidade de escoamento do ar na asa: os locais em que a velocidade é maior indicam que o ar não foi perturbado, ou seja, possuem maior sustentação e menor arrasto. Na asa da aeronave de 2014 observou-se pouca mudança entre os dois. Nas outras asas - 2013 e 2012 - foi notado um aumento significativo na velocidade do ar. O uso de end-plates em asas esbeltas, como é o caso da asa do ano de 2014, não se mostrou eficiente pois já possuem o arrasto induzido bastante reduzido devido ao alto afilamento - razão entre envergadura e área alar da asa - e pequena corda na ponta da asa, ou seja, a pouca redução do arrasto não compensa o peso acrescido pelo end-plate, mesmo que feito de um material mais leve como no caso da equipe em que eles são feitos de um compósito de madeira balsa e fibra de carbono. Em asas de baixo alongamento, como as dos anos de 2013 e 2012, o uso de end-plates se mostrou bastante eficiente considerando que houve uma redução razoável do arrasto com pouco acréscimo de peso. A partir dessas informações, é possível ter uma melhor noção sobre a necessidade do uso desse tipo de dispositivo de ponta de asa sem muitos cálculos prévios.