PROPULSÃO ELÉTRICA PARA

AVIAÇÃO GERAL

Prof. José Eduardo Mautone Barros

UFMG / Te.Co.S. Mestre em Propulsão e Energia (ITA) em 1993

Doutor em Motores e Energia (UFMG) em 2003

Prof. de Propulsão no Curso de Engenharia Aeroespacial da UFMG

INPE, CTA/IAE, AVIBRAS, ENGEMISSIL, ORBITA, MECTRON

1

O PORQUE DA PROPULSÃO ELÉTRICA!

2

HISTÓRICO

Os Irmãos Tissandier

construiram o primeiro

dirigível com propulsão elétrica

em 8 de outubro de 1883.

Usaram um motor elétrico

SIEMENS 3

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

Fred MILITKY

MB-E1 (1972)

Primeiro avião

tripulado a voar

somente com motor

elétrico

Motor: Bosch KM77

Potência: 10 kW

Bateria: Ni-Cd

Tempo de Voo: 12 min

4

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

SUNSEEKER (1990)

Primeiro avião

movido a energia

solar a cruzar os EUA

Potência: 25 kW

5

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

LANGE ANTARES GLIDER (2003)

Primeira aeronave movida a motor elétrico, homologada pelos órgãos reguladores

Motor de corrente contínua (CC), sem escovas

Dois pacotes de baterias fixados nas asas, divididos em72 células

Motor: Lange EM42

Potência: 42 kW

Bateria: Íons de lítio

Tempo de Voo: 13 min.

6

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

BOEING FCD

PROJECT (2008)

Motor elétrico

adaptado a aeronave

Diamond HK-36

Energia proveniente

tanto das baterias

quanto de células de

combustível

Potência: 45 kW

Bateria: Íons de lítio

Tempo de Voo: 20 min.

7

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

E-SPIDER (2009)

Bateria: Dois

pacotes de Lítio-

Polímero de 13 kg

cada

Motor: Yuneec

Power Drive

(China)

Potência: 20 kW

Tempo de voo:

40 min.

Preço US$25,000

8

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

E-SPIDER (2009)

9

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

AIRBUS E-FAN (2014)

10

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

AIRBUS E-FAN (2014)

11

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

SOLAR IMPULSE

(2015)

Aeronave movida a

energia solar que

pretende dar a volta ao

mundo, recarregando

suas baterias pelos

painéis solares

Peso das baterias: 633 kg

Potência: 52 kW

Bateria: Íons de lítio

Tempo de Voo: 117 horas

12

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

SORA-e (2015)

Aeronave SORA

projetada na UFMG

Primeiro avião elétrico do

hemisfério sul

Peso das baterias: 120kg

(mesmo peso do motor

Lycoming utilizado

originalmente)

Motor: 2x Enrax 208

Potência: 70 kW

Bateria: Íons de lítio

Tempo de Voo: 45 min.

13

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

SORA-e (2015)

Dois

motores CC

brushless

14

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

SORA-e (2015)

Baterias Lítio-ion

prismáticas

15

HISTÓRICO

(AVIAÇÃO GERAL)

LEAPTECH NASA (2015)

Leading Edge Asynchronous Propeller Technology

Visa o estudo de maior eficiência aerodinâmica

Propulsão elétrica distribuída (DEP)

Usa 20 motores elétricos acoplados a asa

16

MOTORES ELÉTRICOS

17

Brushless motor

Tipo corrente contínua (CC )

sem escovas

Rotor de imãs permanentes

Outrunner

MOTORES ELÉTRICOS

18

o Exige controle de carga e

rotação por microcontrolador

o Exige resfriamento a água

o Componentes:

MOTOR ELÉTRICO

19

Motor Siemens (2015)

Tipo: motor elétrico DC sem escovas (brushless)

Resfriado a óleo de silicone

Potência: 260 kW

BATERIAS

20

A tecnologia atual de baterias é a de Lítio-ion e semelhantes

As células de baterias são agrupamentos de unidades de pilhas de formatos:

Prismático

Cilíndrico

BATERIAS – DENSIDADE DE ENERGIA

21

BATERIAS - EVOLUÇÃO

22

BATERIAS – EVOLUÇÃO

23

BATERIAS - AVANÇADO

24

Uso de baterias pintadas por spray na superfície da aeronave, no lugar do recobrimento de acabamento (gel coat)

Leva a redução de peso total das baterias

BATERIAS

SEGURANÇA

25

Incêndio e Explosão

BATERIAS - SEGURANÇA

26

Uso de sistema de armazenagem de emergência

Baterias térmicas (militares)

Supercapacitores

CÉLULA SOLAR

27

Recarga em voo e em solo

Uso de células solares

orgânicas no acabamento

externo da aeronave

RECUPERAÇÃO DE ENERGIA

28

Aplicar o mesmo princípio para o avião elétrico

Estimativa de 5% de recuperação da energia potencial

RECUPERAÇÃO DE ENERGIA

29

A recuperação de energia na descida é usada para

acionar geradores de emergência (RAM generators)

em vários jatos da EMBRAER (executivos e

regionais).

HÉLICES

Passo fixo

Passo variável

Integração do motor ao cubo da hélice (hub motor)

Hélices contra-rotativas

Dois motores

Redundância

Maior eficiência

Fan contra-rotativo

Reduz ruído

Melhor integração com a aerodinâmica da aeronave

30

SISTEMA PROPULSIVO

Controle de Velocidade

Constante

Exige hélice de passo

variável

Controle de Razão de

Avanço Constante

Motor de torque ajustável

independente da rotação

Usa hélice de passo fixo

Redução de até 20% no

consumo de energia na

decolagem, manobras e

pouso 31

PERSPECTIVAS BRASIL

Grande potencial de crescimento na categoria de

aeronaves ultraleves e aeronaves experimentais

(5.158 unidades registradas até 2016)

32

REFERÊNCIAS

http:// www.mautone.eng.br

https://en.wikipedia.org/wiki/Flightstar

http://www.wired.com/2010/10/wired-flys-e-spyder-electric-plane/

http://engenhariae.com.br/tecnologia/siemens-desenvolve-motor-eletrico-para-aeronaves-e-bate-recorde-mundial

http://news.rice.edu/2012/06/28/rice-researchers-develop-paintable-battery-2/

www.anac.gov.br

HEPPERLE, M., Electric Flight –Potential and Limitations. Braunschweig: DLR, 2011. 30p.

33

OBRIGADO Prof. José Eduardo Mautone Barros

emautone@terra.com.br

(55 31) 98805-0114

34