DESENVOLVIMENTO DE UMA METODOLOGIA NUMÉRICA AUTOMATIZADA PARA LAYOUT MAIS EFICIENTE DE UMA AERONAVE RADIOCONTROLADA

Lara Justine da Silva, Tarcísio Reolon Gelaim, Fabrício Antonio Egert

Resumo


Elaborar novos métodos para a automatização de cálculos e para otimização paramétrica, dos mais diversos campos da engenharia, torna-se crucial para melhoria contínua do ramo científico brasileiro. Este trabalho terá enfoque no dimensionamento eficiente de uma aeronave radiocontrolada para competição SAE AeroDesign Brasil 2016, porém, trata-se também de uma metodologia numérica que pode ser facilmente remodelada para outros propósitos. O objetivo principal de trabalho é apresentar uma metodologia numérica automatizada de múltiplas iterações baseada na teoria dos algoritmos genéticos que seja capaz de correlacionar os diferentes parâmetros de layout da aeronave e convergir no dimensionamento ideal conforme restrições lineares. Como objetivo secundário tem-se apresentar um método alternativo para realizar os cálculos das áreas de aerodinâmica, estabilidade, controle e desempenho de uma aeronave radiocontrolada de forma dinâmica, na qual se consigam realizar otimizações que envolvam todos os parâmetros e restrições de projeto. Criou-se uma interface gráfica no Microsoft Excel para o computo dos dados da geometria da aeronave e de variáveis como as propriedades dos materiais utilizados na construção da aeronave, dados de vários perfis aerodinâmicos para a asa e empenagens, temperatura, altitude, viscosidade e densidade do ar. Para realizar os cálculos aerodinâmicos e estruturais foi utilizado a linguagem de programação VBA, desta maneira o processo se tornou automatizado. Depois de codificar todos os cálculos necessários foi realizado o processo de otimização, enfoque deste trabalho. Tal otimização consistiu em realizar múltiplas iterações por meio de uma função objetivo, em que, primeiramente, cria-se uma população inicial com mais de 1500 geometrias da aeronave dentro de uma série de valores lineares (restrições máximas e mínimas que cada parte da aeronave poderá assumir) e então a partir dos conceitos dos algoritmos genéticos estas 1500 geometrias são concatenadas e geram-se novas populações potencializando os parâmetros que maximizam a função objetivo. No mesmo processo de otimização, acionam-se todos os cálculos armazenados, desta forma a metodologia criada armazena os resultados das análises para cada geometria específica e ao final do processo, quando já se realizaram todas as iterações possíveis, elege-se a geometria que melhor atendeu ao objetivo estipulado. Este objetivo, por sua vez, pode ser facilmente modificado, conforme o propósito da otimização. Para o presente trabalho foi estipulado como objetivo final da otimização o menor valor de pista de decolagem possível dada uma carga total de 10 kg. Ao final do processo da otimização paramétrica foram criadas, no total, sete gerações e a cada geração as geometrias obtiveram uma adaptação cada vez melhor perante a função-objetivo, convergindo então em uma geometria final com as principais medidas da aeronave e formato dos componentes estruturais. Além de resultar também parâmetros importantes de pilotagem nas áreas de aerodinâmica, estabilidade, controle e desempenho.


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