Análise aeroelástica de asas finitas acopladas com hélices girantes

• Processo: 24/17675-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica
• Pesquisador responsável: Flávio Donizeti Marques
• Beneficiário: João Pedro Tavares Pereira dos Santos
• Supervisor: Cristina Riso
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Georgia Institute of Technology, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 23/15547-7 - Análise aeroelástica de aeronaves flexíveis considerando acoplamento com hélices girantes, BP.DR
• Assunto(s): Aerodinâmica Aeroelasticidade Flutter Dinâmica das estruturas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: aerodinâmica | Aeroelasticidade | Asas Flexíveis | Flutter | Hélices Flexíveis | Whirl Flutter | Dinâmica Estrutural

Resumo

A eletrificação da aviação levou a novas configurações de aeronaves que geralmente apresentam asas leves com grandes alongamentos acopladas a vários propulsores ao longo da envergadura. No caso das aeronaves HALE (High-Altitude Long-Endurance) e EVTOLs (Electrical Vertical Take-Off and Landing), o problema torna-se ainda mais complexo, e o comportamento aeroelástico do sistema pode ser significativamente afetado. Como os propulsores estão conectados de forma flexível à asa, pode ocorrer uma instabilidade aeroelástica chamada whirl flutter. Forças e momentos adicionais surgem das pás rotativas, e o cubo do propulsor descreve um movimento de precessão devido a efeitos giroscópicos. A literatura mostra que o whirl flutter pode causar falhas em aeronaves movidas a hélice (Civil Aeronautics Board, 1959, 1960), portanto, prever essa instabilidade é um passo crucial durante o projeto dessas aeronaves, especialmente para configurações mais novas e flexíveis. Portanto, a presente proposta de pesquisa visa desenvolver um modelo computacional para a análise aeroelástica dinâmica de asas finitas, com propulsão baseada em hélices que permita a previsão dos fenômenos de "whirl flutter". Propõe-se uma formulação de elementos finitos de viga não linear para a parte estrutural da modelagem aeroelástica da asa (Géradin e Cardona, 2001), acoplada tanto ao modelo aerodinâmico de Peters (Peters et al., 1995) quanto ao Método de Grade de Vórtice Não Estacionário (UVLM) (Katz e Plotkin, 1991). Além disso, sugere-se que o Método de Grade de Vórtice Não Estacionário seja aplicado tanto à asa quanto aos propulsores, visando analisar a influência aerodinâmica que eles exercem entre si e seus efeitos no comportamento dinâmico do sistema. O estudo será realizado por meio de simulações numéricas dos modelos aeroelásticos, considerando diferentes configurações de propulsores ao longo da envergadura da asa.