Titulo Estágio
Otimização Aeroelástica de uma Asa Convencional Alongada
Área Tecnológica
Informática Industrial
Local do Estágio
DEI / CISUC (ver Condições)
Enquadramento
Uma tendência atual na indústria aeronáutica é o projeto de aviões convencionais com asas cada vez mais alongadas. Esta tendência é motivada pelo facto de uma asa alongada tender a ter um arrasto induzido inferior em comparação com uma asa menos alongada. Entretanto, uma asa alongada tende a ter um peso estrutural maior que o peso de uma asa menos alongada, em função da carga estrutural na raiz da asa ser maior do que na da asa menos alongada. Do ponto de vista de otimização multidisciplinar, tanto o arrasto quanto o peso estrutural são relevantes para, por exemplo, o alcance Breguet ou a quantidade de combustível equivalente requerida.
No projeto multidisciplinar da asa, portanto, tenta-se a projetar uma asa ótima tanto em termos de arrasto (eficiência aerodinâmica) quanto em termos de peso estrutural (eficiência estrutural). As variáveis de projeto relevantes são, pelo menos, de dois tipos:
1. Variáveis aerodinâmicas: a variação do perfil ao longo da asa ou, o que é equivalente, a distribuição do "twist" ao longo da asa;
2. Variáveis estruturais: distribuição de espessura do material estrutural ao longo da asa.
A combinação correta destes dois tipos de variáveis de projeto é especialmente crítica para asas alongadas devido à flexibilidade estrutural destas asas. Existe uma interação fluido-estrutural considerável, ou seja, a deformação da asa depende da carga aerodinâmica e, ao mesmo tempo, a carga aerodinâmica depende da deflexão da asa. A intenção é realizar um "aeroelastic tayloring" estático para chegar a uma asa ótima.
Bibliografia
1. Bisplinghoff, R.L.; Ashley, H.; Halfman, R.L.: Aeroelasticity. Addison-Wesley Publishing Co. Inc., 1955. Corrected republication by Dover Publications, 1996. ISBN 0-486-69189-6.
2. Hodges, Dewey H.; Alvin Pierce, G.: Introduction to Structural Dynamics and Aeroelasticity. Cambridge University Press, 2002. ISBN 0-521-80698-4.
3. Wright, Jan R.; Cooper, Jonathan E.: Introduction to Aircraft Aeroelasticity and Loads. AIAA Education Series, John Wiley and Sons, 2007. ISBN 978-0-470-85840-0.
4. Martins, Joaquim R.R.A.: A Coupled-Adjoint Method for High-Fidelity Aero-Structural Optimization. Doctoral Thesis, Stanford University, 2002.
5. Drela, Mark: Integrated Simulation Model for Preliminary Aerodynamic, Structural and Control-Law Design of Aircraft. AIAA paper 99-1394
Objetivo
Neste trabalho pretende-se representar os efeitos descritos acima numa formulação aeroelástica estática simplificada e, em seguida, combiná-la com uma formulação de projeto multidisciplinar ótimo. A otimização pode ser mono-objetivo ou multi-objetivo, podendo incluir restrições de estabilidade aeroelástica (divergência e "flutter").
Na implementação será dada preferência a ferramentas de software livre, ou, pelo menos, de código fonte aberto, por motivos de sustentabilidade e facilitação de cooperação entre as partes interessadas.
Plano de Trabalhos - Semestre 1
1. Revisão bibliográfica
2. Modelação do problema
3. Validação do modelo implementado
Plano de Trabalhos - Semestre 2
4. Otimização do modelo usando técnicas tradicionais ou evolutivas
5. Incrementalização do cálculo da função objetivo
6. Avaliação do desempenho do otimizador e da qualidade das soluções obtidas
7. Escrita da dissertação
Condições
O trabalho será realizado principalmente nos laboratórios do ECOS, em colaboração com o grupo do projeto de otimização multidisciplinar da EMBRAER (Empresa Brasileira de Aeronáutica) no Brasil. Existe uma possibilidade de cooperação mais estreita com a EMBRAER – proposta em andamento.
Orientador
Carlos M. Fonseca
cmfonsec@dei.uc.pt 📩