Idealização de conceitos para aeronaves destinadas a competição ...

Resumo
Idealização de conceitos para aeronaves destinadas a
competição SAE-aerodesign
Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – Volume 2 – nº 1 – 2010
Seção – Artigos Técnicos
Diego de Matos Monteiro – Graduando em Engenharia Mecânica
O presente artigo tem como objetivo
apresentar a diversidade conceitual presente
na competição SAE-Aerodesign, para que se
busque a melhor configuração possível
buscando eficiência aerodinâmica,
simplicidade construtiva e eficiência
estrutural. Serão mostrados conceitos
propostos por autores e conceitos já
desenvolvidos para a competição, onde não
existe uma tendência única fazendo assim da
SAE-Aerodesign, uma competição
extremamente ampla no que diz respeito a
projeto conceitual.
Palavras-chave
Projeto conceitual, conceito, aerodesign.
1- Introdução
Desde o inicio do projeto
aeronáutico, a definição do conceito sempre
foi parte fundamental para o
desenvolvimento de qualquer aeronave.
Nota-se, porém que ocorreu uma grande
mudança no conceito das aeronaves desde a
invenção do avião. Analisando por exemplo
os conceitos utilizados por Santos Dumont e
os irmãos Wright nota-se que as aeronaves
modernas são extremamente diferentes.
Reinaldo Sebastião Silva – Professor MSc.
Universidade Estadual Paulista – Campus Bauru
diegodematos@terra.com.br
As Figuras 1 e 2 mostram as
aeronaves desenvolvidas pelos projetistas
citados anteriormente.
Figura 1 – 14-bis projetado por Santos
Dumont
Figura 2 – Flyer projetado pelos irmãos
Wright
Os conceitos foram evoluindo até a
década de 50, onde finalmente se consolidou
1

o modelo mais usado hoje que é apresentada
na forma de charuto sobre asas.
Pode-se observar pelas Figuras 3 e 4
que não houve mudança significativa na
configuração dos grandes jatos comerciais
lançados no mercado desde a década de 50.
Figura 3 – Boeing 707 (1954)
Figura 4- Boeing 787 (2007)
Hoje em dia estudam-se novos
conceitos que visam maior eficiência
aerodinâmica e maior densidade de
passageiros para que se possa economizar
combustível, conseqüentemente aumentando
a rentabilidade por vôo e diminuindo a
agressão ao meio ambiente por poluentes.
Assim desenvolveram-se protótipos do tipo
Blended Wing Body (BWB) como mostrado
na Figura 5.
Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – Volume 2 – nº 1 – 2010
Seção – Artigos Técnicos
Figura 5 – Conceito Blended Wing Body
2- Conceitos
Torenbeek [1] fez diversas análises
para diversos conceitos verificando seu fator
de eficiência de envergadura para arrasto
induzido, mostrando a variedade de
possibilidades para a melhoria na eficiência
de uma aeronave como mostrado na Figura
6.
Figura 6 – Fator de eficiência da
envergadura para arrasto induzido.
Analises como estas podem ser feitas
não só para desempenho, mas também
podem ser feitas para cargas, estruturas,
estabilidade e controle. Todas elas sempre
tentando alcançar o ponto ótimo de
eficiência, o que consolida um ciclo de
melhoria continua no projeto. Um exemplo
de otimização estrutural pode ser visto nas
2

Figuras 7 e 8, onde a configuração da
aeronave permite uma diminuição na
distribuição do momento fletor da asa.
Figura 7 – Modelo proposto por
Torenbeek.
Figura 8 – Diminuição da distribuição do
momento fletor.
Outro modelo que envolve
otimização de desempenho e também
estabilidade e controle é o tipo wing-box,
que possui um complexo sistema de controle,
mas possui alta eficiência aerodinâmica, a
Figura 9 exemplifica este modelo.
Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – Volume 2 – nº 1 – 2010
Seção – Artigos Técnicos
Figura 9 – Lokcheed wing-box
O grau de liberdade para a escolha
de um conceito é extremamente amplo onde
para uma determinada missão não existe
uma única solução.
Isso será visto a seguir onde se
verifica que o modelo vencedor na
competição SAE-Aerodesign não apresenta
sempre a mesma configuração externa
provando que o conceito não define
exatamente a qualidade do equipamento, e
sim um projeto balanceado de bem pensado
pode ser a chave do sucesso para as equipes
participantes.
3- Aeronaves SAE-Aerodesign
A UNESP campus Bauru participa
da competição SAE-Aerodesign desde 2001.
Desde então foi iniciada uma observação das
aeronaves de outras equipes.
Serão mostrados então alguns
conceitos utilizados na competição que
terminaram a competição em excelentes
colocações e assim pode observar a
diversidade conceitual utilizada pelos
estudantes.
3

Figura 10 – Aeronave EESC USP (2001)
Em 2001 o conceito predominante
era semelhante ao da figura 10, onde a
aeronave era do tipo asa alta com cauda
convencional e trem de pouso triciclo. Notase
que a configuração externa das aeronaves
é extremamente influenciada pelo grau de
liberdade que o regulamento oferece. Outro
fato é que as equipes ainda não tinham
experiência suficiente para inovar no
conceito de projeto. Conforme os anos
passaram, os projetos se tornaram mais
maduros, o que da mais segurança para as
equipes inovarem em seus conceitos.
Figura 11 – Aeronave UDESC (2002)
Em 2002 o regulamento era
semelhante ao de 2001, assim novamente o
mesmo conceito foi predominante nesta
competição. Porem foi o segundo ano onde
Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – Volume 2 – nº 1 – 2010
Seção – Artigos Técnicos
uma equipe apareceu com a configuração
asa baixa. A mesma equipe desenvolvera um
modelo semelhante em 2001.
Figura 12 – Aeronave MFB-03
Unesp Bauru (2003)
No ano de 2003 a equipe
MecBauFlyer desenvolveu sistemas de
ponta de asa (winglets) que apresentaram
certa melhora no desempenho da aeronave,
mas apresentava uma certa deficiência para
pousos com ventos de través o que invalidou
alguns vôos da equipe.
Neste ano o regulamento limitava
apenas a envergadura máxima utilizada.
Assim surgiram aeronaves do tipo
multiplanos na competição, entre elas
podem ser citadas aeronaves feitas pela
UFMG e UDESC.
Figura 13 – Aeronave UDESC (2003)
4

Em 2004, com o regulamento
semelhante ao de 2003, onde a envergadura
máxima permitida era b = 1,83 m, aeronaves
do tipo biplano obtiveram os melhores
resultados.
Figura 14 – Aeronave Car-Kará
UFRN (2004)
Em 2005 com a diminuição da
envergadura para b = 1,59 m, forçou as
equipes a desenvolverem multiplanos, onde
a predominância era da de biplanos. Nesta
ocasião surgiram triplanos como mostrado
na Figura 13.
Figura 15 – Aeronave Poli Aclive
USP – Poli (2005)
Em 2006 surgiu a primeira aeronave
com conceito BWB feito pela UFSC. A
aeronave campeã em 2006 foi projetada pela
equipe Keep Flying, onde foi o terceiro ano
Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – Volume 2 – nº 1 – 2010
Seção – Artigos Técnicos
consecutivo que aeronaves biplanas
conquistaram a primeira colocação na
competição.
Figura 16 – Aeronave Céu Azul
UFSC (2006)
Figura 17 – Aeronave Keep Flying
USP – Poli (2006)
2007 foi o ano onde se verifica o
grau de maturidade de projeto e variedade
de conceitos elaborados pelas equipes. A
Unesp Bauru levou conceitos com cauda em
“T”e um classe aberta de conceito Blended
Wing Body, conceito que chamou a atenção
dos juízes da competição.
5

Figura 18 – MBF-07 (2007)
Figura 19 – Canarinho Open (2007)
O ano de 2008 apresentou uma
mudança bem interessante no regulamento,
onde ocorreu a segmentação de pista.
Existiam dois espaços de decolagem (30,5m
e 61m) onde existia uma pontuação distinta
em função desse espaço diferente. É notável
neste ano a hegemonia de aeronaves do tipo
monoplano na classe regular.
Figura 20 – Aeronave Uai-so-Fly (2008)
Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – Volume 2 – nº 1 – 2010
Seção – Artigos Técnicos
Muitos participantes a achavam que
em 2009 não seria diferente de 2008 onde
aeronaves que decolassem no primeiro
segmento de pista seriam as aeronaves de
melhor resultado. Mas o regulamento sofreu
modificações onde alem da divisão da pista
em duas partes, existiam limites para
somatória de comprimento dos elementos da
aeronave máxima e mínima. Assim
obtiveram-se resultados bem diferenciados.
Os primeiros colocados foram aeronaves do
tipo monoplano.
Figura 21 – Prototipo Cefast (2009)
Já na classe aberta apareceram 2
conceitos notáveis.
A equipe EESC Charlie levou uma
configuração que lembra muito o conceito
sugerido pela Figura 8, o que provavelmente
aperfeiçoou a estrutura da asa.
Figura 22- EESC Charlie (2009)
6

Outra configuração muito
interessante foi a aeronave levada pela Feb
Open, que possuía uma cauda em “V”
invertida e configuração Blended Wing
Body, o que melhorou muito sua
aerodinâmica. Esta foi a primeira aeronave
com esta configuração no aerodesign.
Figura 23 – Feb Open (2009)
4- Conclusões
O presente artigo mostrou que não
existe um conceito pré-definido que será o
vencedor, pois anualmente o regulamento
sofre mudanças influenciando
completamente na configuração externa do
avião. Tudo isso é verificado pelas
diferentes configurações que apareceram ao
decorrer dos anos da competição.
Assim é possível criar uma aeronave
com alto grau de liberdade em seu conceito,
mas tendo sempre como objetivo a
maximização do carregamento alar e
conseqüentemente a diminuição da relação
potencia/peso.
Para tal é necessário o
desenvolvimento de estudos não somente do
conceito em si, mas também é preciso
desenvolver o desempenho, onde
aerodinâmica, estabilidade e controle são
fatores cruciais para tal. A adoção de
modelos numéricos coerentes, ou de
Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – Volume 2 – nº 1 – 2010
Seção – Artigos Técnicos
modelos que deram certo em anos anteriores
na participação da equipe são determinantes
para o sucesso de uma aeronave com o
conceito diferenciado.
5- Referencias Bibliográficas
[1] TOREMBEEK, EGBERT. Blended
Wing Body and all Wings. European
workshop on aircraft Design Education,
Samara, Russia, 2004.
[2] RAYMER, D. P. (1989). Aircraft design:
a conceptual approach. American Institute
of Aeronautics and Astronautics, Inc.
Washington, D. C.
[3] STINTON, D. (1983). The Design of the
Aeroplane. Granada Publishing, EUA.
[4] HALE, F. J. (1999). Aircraft
performance, selection, and design. John
Wiley & Sons. New York.
7