Desenvolvimento e calibração de um modelo numérico de uma asa de VANT para aplicações em aeroelasticidade

Abstract

Um dos maiores desafios da indústria aeronáutica é reduzir o impacto ambiental das aeronaves, tornando suas estruturas mais eficientes energeticamente e mecanicamente. Este objetivo se reflete no desenvolvimento de aeronaves mais leves, com um menor consumo de combustível. Inovações como estas têm produzido também estruturas alares mais flexíveis que, em voo, estão sujeitas à ação de fenômenos aeroelásticos, como o flutter, que podem ser catastróficos. A correta previsão deste fenômeno inicia no desenvolvimento de um modelo que represente adequadamente a estrutura do ponto de vista dinâmico. Este modelo pode ter diferentes níveis de detalhamento do ponto de vista de projeto, porém depende de calibração para ter capacidade de predição de suas características dinâmicas. Neste contexto, este trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento de um modelo numérico representativo de uma asa da aeronave de competição JF-02 da equipe UFRGS PAMPA AeroDesign e de um projeto experimental capaz de fornecer informações úteis para sua calibração. A fim de representar fielmente o modelo físico, o modelo numérico é calibrado utilizando dados de ensaios de flexão e vibração livre. Os resultados demostram que, com a calibração, as propriedades de rigidez e massa da asa melhoram de forma significativa frente aos experimentos, tornando o modelo mais adequado para análises aeroelásticas.

One of the biggest challenges of the aeronautical industry is to reduce the environmental impact of aircrafts, making their structures more energetically and mechanically efficient. This objective is reflected in the development of lighter aircrafts, with lower fuel consumption. These innovations have also produced more flexible wing structures that are subjected to the action of aeroelastic phenomena in flight, such as flutter, which can be catastrophic. The correct prediction of this phenomenon starts with the development of a model that represents adequately the structure from a dynamic point of view. This model can have different levels of detail from the design point of view. However, it depends on calibration to be able to predict its dynamic characteristics. In this context, this work presents the study and development of a representative numerical model of a wing of the competition aircraft JF-02 from the UFRGS PAMPA AeroDesign team and of an experimental project capable of providing useful information for its calibration. In order to accurately represent the physical model, the numerical model is calibrated using data from flexion and free vibration tests. The results show that, with the calibration, the wing's rigidity and mass properties improve significantly compared to the experiments, making the model more suitable for aeroelastic analyzes.