Desenvolvimento de Modelos de Ordem Reduzida para Análises Aeroelásticas Não Lineares

• Processo: 25/05625-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Aerodinâmica
• Pesquisador responsável: João Luiz Filgueiras de Azevedo
• Beneficiário: Ana Cristina Neves Carloni
• Supervisor: Carlos Eduardo Stolf Cesnik
• Instituição Sede: Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa. Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of Michigan, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 24/01647-2 - Desenvolvimento de Modelos de Ordem Reduzida para Análises Aeroelásticas Não Lineares, BP.DR
• Assunto(s): Aeroelasticidade Escoamento transônico Flutter
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aeroelasticidade | Escoamento Transônico | Flutter | identificação de sistemas dinâmicos | modelo de ordem reduzida | Aeroelasticidade Computacional

Resumo

A abordagem usual para obter soluções aeroelásticas de alta fidelidade envolve o acoplamento de modelos dinâmico-estruturais com solvers de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), explorando suas formulações baseadas em princípios físicos. Esse método é particularmente útil para análises de flutter e oscilações de ciclo limite (LCO) em escoamentos transônicos, onde a modelagem precisa das não linearidades aerodinâmicas é crucial. Essas não linearidades são principalmente causadas pelo movimento das ondas de choque, que introduzem efeitos de defasagem que impactam significativamente a estabilidade aeroelástica. No entanto, a realização de inúmeras simulações de CFD não estacionárias para cobrir todo o envelope de voo resulta em custos computacionais proibitivamente altos, limitando a escalabilidade das análises aeroelásticas para configurações complexas de engenharia. Para enfrentar esse desafio, propomos o desenvolvimento de Modelos de Ordem Reduzida (ROMs) aerodinâmicos projetados para capturar fenômenos aeroelásticos não lineares em regime transônico. Ao utilizar técnicas baseadas em CFD para construir o operador aerodinâmico no contexto de ROMs, é possível preservar os efeitos não lineares predominantes e melhorar a eficiência computacional. Esta pesquisa tem como objetivo investigar de forma abrangente os métodos existentes para o desenvolvimento de ROMs baseado em resultados de CFD, com foco na viabilização de análises aeroelásticas completamente não lineares. Serão exploradas técnicas potenciais para identificação de sistemas não lineares, incluindo a teoria de Koopman, Identificação Esparsa da Dinâmica Não Linear (SINDy) e redes neurais. As metodologias selecionadas serão testadas em casos representativos de flutter não clássico, como LCO, para avaliar suas capacidades preditivas. A precisão dos ROMs propostos será avaliada comparando suas previsões com dados de CFD de alta fidelidade. Isso garantirá que os ROMs possam identificar, de forma confiável, fronteiras críticas de estabilidade como o início do flutter e do LCO. Além da precisão, a pesquisa também priorizará a eficiência computacional, avaliando tanto os tempos de treinamento quanto de execução para determinar a viabilidade da integração desses modelos nos fluxos de projeto aeroelástico. Ao combinar CFD de alta fidelidade com modelagem de ordem reduzida, este projeto de pesquisa busca estabelecer uma estrutura eficiente e confiável para a previsão do comportamento aeroelástico completamente não linear, facilitando, assim, o avanço da análise e do projeto de aeronaves flexíveis.