METODOLOGIA PARA DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL DE ASA COM TREM DE POUSO ACOPLADO PARA AERONAVE RADIOCONTROLADA
Resumo
O dimensionamento estrutural da aeronave cargueira radiocontrolada PK-16 foi realizado visando projetar uma estrutura leve e resistente, escolhendo a configuração que gerou maior pontuação, a partir da análise das restrições dimensionais estabelecidas pela comissão técnica da competição estudantil Aerodesign Brasil, organizada pela Sociedade dos Engenheiros da Mobilidade (SAE), a restrição dimensional deste ano é um hangar em cone (2,5 metros de diâmetro e 0,75 metros de altura), no qual a aeronave deve caber na posição de repouso. A subestrutura abordada pelo o estudo em específico, a longarina da asa, é responsável por resistir aos esforços gerados pelas forças aerodinâmicas em voo, e em específico neste ano, também as cargas provenientes do pouso, pois conta com uma configuração asa baixa com o trem de aterragem da aeronave fixado diretamente a longarina. O objetivo do estudo é detalhar toda a metodologia utilizada para o dimensionamento da estrutura, ressaltando os estudos conceituais, a lógica de cálculo aplicada e as medidas adotadas para redução de peso estrutural. O primeiro passo para o dimensionamento estrutural da asa para a aeronave deste ano, foi a escolha do conceito de asa adotado pela equipe, que levou a escolha de uma aeronave com asa baixa, com o trem de pouso principal da aeronave diretamente alocado na longarina da aeronave, reduzindo ao máximo a distância da asa em relação ao solo, proporcionando maior envergadura e, por consequência, maior capacidade de gerar sustentação. Porém, esta configuração acaba direcionando as cargas de pouso diretamente para a longarina, o que nos levou a estudar onde e quais seriam os tipos de falha estrutural que poderiam ocorrer com a nova relação de distribuição das cargas, chegando a um elevado momento torsor na raiz da longarina. Para resolver o problema foram realizados estudos conceituais para definir o melhor perfil geométrico para a viga da longarina para o tipo de esforço. Após a análise, considerou-se para o dimensionamento uma viga engastada e seção de meia asa, realizando o dimensionamento tanto para flexão como para torção, considerando os casos mais críticos, validando-os com ensaios estruturais. Para o dimensionamento a flexão, a sustentação da asa foi dívida em seções pelo método de aproximação de Stender sendo calculada a altura necessária para cada seção da longarina, sendo considerado também o segundo caso no qual o momento fletor ocorre devido às cargas de pouso no trem de aterragem. Para o dimensionamento a torção foram considerados tanto os momentos na aterragem como os provenientes das forças aerodinâmicas em voo. Além do dimensionamento focado na retirada de material desnecessário, foram feitos estudos com relação à melhor distribuição de área vasada das nervuras da asa, bem como a retirada de reforços estruturais desnecessários, levando a uma estrutura 10% mais leve se comparada a não otimizada, apta para voo e dentro das exigências dimensionais, tornando notável a importância da análise conceitual no desenvolvimento de uma estrutura, de modo a gerar como resultado uma estrutura com alta eficiência estrutural.
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