Relatório - 2003 - Aerodesign

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Relatório da equipe 2HARS para a competição de 2003

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DO PARAN

SAE AERDESIGN 2003

EQUIPE 2HARS

CEFET-PR

Nr. 51

CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DO PARAN

Departamento de Engenharia Ind. Mecnica - DAMEC

Equipe 2HARS - SAE Aerodesign 2003

RELATRIO TCNICO

Sntese do Projeto

EQUIPE Nr. 51

JULHO - 2003

NDICE31.APRESENTAO

42.CARACTERSTICAS DO AEROMODELO 2HARS

53.PROJETO PRELIMINAR

53.1.Apresentao

53.2.Requisitos de Projeto

63.3.Dimensionamento do Sistema Moto-Propulsor

63.3.1.Motor

63.3.2.Hlice

83.4.Determinao Inicial da Configurao do Aeromodelo

83.4.1.Configurao da Asa

83.4.2.Parametros Gerais

93.4.3.Anlise

123.4.4.Efeito Solo

123.4.5.Velocidade e Distncia de Decolagem

143.4.6.ngulo de Instalao da Asa(() e Carga Alar(W/S)

153.5.Configurao da Empenagem

153.5.1.Profundor

153.5.2.Balano de Momentos

183.5.3.Downwash

183.5.4.Estabilizador Vertical

193.6.Controles

193.6.1.Aileron

203.6.2.Profundor e Leme

203.6.3.Dispositivos Hipersustentadores

203.7.Estrutura

213.7.1.Dimensionamento das Longarinas

233.7.2.Posio do Centro de Gravidade

253.7.3.Pontos de Fixao

263.7.4.Trem de Pouso

274.ANLISE DE DESEMPENHO E CURVA DE CARGA TIL

285.CONFORMIDADE COM OS REQUISITOS

296.CONCLUSO

307.BIBLIOGRAFIA

NDICE DE FIGURASFigura 3.1 - Curva Trao x Velocidade das Hlices7

Figura 3.2 - Curva Potncia Absorvida x Velocidade das Hlices7Figura 3.3 - Curvas Cl e Cd para perfil Selig 12238

Figura 3.4 - Efeito de ponta de Asa9

Figura 3.5 - Anlise e escolha da corda10

Figura 3.6 - Comparao das Configuraes Biplano x Monoplano10

Figura 3.7 - Campo de Presses no Aeroflio Selig1223 para Biplano11Figura 3.8 - Parmetros de configurao Relativa das asas11Figura 3.9 - Anlise do ngulo de instalao da asa no Avio14Figura 3.10 - Curvas Cl e Cd para perfil NACA 441516Figura 3.11 - Balano de momentos17Figura 3.12 - Efeito do fluxo turbulento - Downwash18Figura 3.13 - Distribuio de Cargas nas asas21Figura 3.14 - Tabela de equipamentos para clculo do CG24Figura 3.15 - Variaes de posio de CG e diferenas com mx. e mn carregamentos24Figura 3.16 - Curva de Variao de Capacidade de Carga em funo da Altura.271. APRESENTAOO Projeto AeroDesign um programa de fins educacionais, realizado pela SAE BRASIL, atravs de sua Seo So Jos dos Campos, e cujo principal objetivo propiciar a difuso e o intercmbio de tcnicas e conhecimentos de engenharia aeronutica entre estudantes e futuros profissionais deste importante segmento da mobilidade, atravs de aplicaes prticas e da competio entre equipes. Como decorrncia do trabalho em equipe, voltado para o desenvolvimento e materializao de seus projetos, os estudantes tm a oportunidade de exercitar disciplinas que usualmente no fazem parte dos currculos acadmicos e que, no obstante, se revelam preciosas para o sucesso dos modernos profissionais da engenharia em um mundo sempre mais competitivo: esprito de equipe, liderana, planejamento, capacidade de vender idias e projetos.

Os objetivos so projetar, documentar, construir e alar vo um aeromodelo rdio controlado, visando carregar a maior carga til possvel. Para isto devero ser respeitados o espao limite de decolagem e a mxima envergadura alm de utilizar o motor padro para a competio e o combustvel fornecido pela organizao.

As restries impostas pelo regulamento da competio obrigam as equipes a buscarem solues que maximizem a carga til, diminuam o peso, reduzam as perdas sem comprometer a estrutura mecnica do aeromodelo. Estes esforos devem ainda ser economicamente viveis, pois a busca dos recursos financeiros mais um dos desafios da competio.2. CARACTERSTICAS DO AEROMODELO 2HARSO aeromodelo tem como caracterstica fundamental ser um Avio de carga, construdo em escala reduzida e no tripulado. A matriz morfolgica foi o ponto de partida para buscar solues e decidir a forma de abordar os problemas do projeto. As principais funes do aeromodelo foram identificadas e uma busca e anlise das solues existentes para cada funo foram feitas para identificar os princpios de soluo normalmente utilizados nesse tipo de produto. Os principais elementos do aeromodelo so descritos a seguir.

Quanto asa, a escolha do perfil um fator determinante, pois est diretamente relacionado com a sustentao do avio. O perfil escolhido cncavo-convexo, que possui alta sustentao a baixas velocidades. Com a envergadura restrita, a configurao biplano normal com asa retangular foi escolhida. No h decalagem, enflechamento e nem diedro.

Quanto aos dispositivos de controle, a deriva possui leme de direo, que auxilia na realizao das curvas. O estabilizador transversal composto apenas pelo profundor e tem movimento no sentido transversal do avio. O aileron do tipo convencional, uma vez que a manobrabilidade no uma caracterstica fundamental para um avio de carga.

A fuselagem tem estrutura de alumnio dobrada em chapa nica, o que proporciona maior rigidez, revestida com monocote para garantir boa aparncia.

Para as caractersticas apresentadas acima temos como inteno levantar aproximadamente 10 kg de carga til e o projeto ser conduzido visando essa meta.

3. PROJETO PRELIMINAR

3.1. Apresentao

A partir das limitaes impostas pela SAE-BR, definiu-se a envergadura da asa de 1,82m e achou-se o tamanho de corda associado com o perfil que teve uma tima sustentao. O projeto da estrutura teve incio a partir do volume do compartimento de carga e levou em considerao o posicionamento relativo entre o centro de gravidade(CG) do aeromodelo e o centro de presso (Cp) da asa. A definio do sistema moto-propulsor iniciou-se com os motores pr-definidos pela organizao do evento e a escolha da hlice foi feita de modo que o conjunto fornea um bom empuxo para o aeromodelo.

3.2. Requisitos de ProjetoOs requisitos do projeto Aerodesign so de carter mandatrio e o no cumprimento destes acarreta em perda de pontos ou desclassificao da equipe. So eles os seguintes:Tabela 3.1 Requisitos do projeto AerodesignHlicesHlices mltiplas, hlices envolvidas e ducted fans so permitidas

Spinner ou porca de segurana de uso obrigatrio.

Tanque de CombustvelO tanque de combustvel deve ser acessvel para determinar seu contedo durante a inspeo;

O combustvel Ter 10% de nitro-metano e ser fornecido pela SAE BRASIL.

Carga tilDeve ser homognea de maneira que a localizao horizontal do centro de gravidade (CG) de todo o conjunto coincida com o centro geomtrico do compartimento de carga

A carga til e o suporte de carga no podem contribuir na estabilidade estrutural do avio

Compartimento de CargaO volume interno do compartimento deve ser suficiente para envolver completamente um paraleleppedo imaginrio com um volume de 4800 cm.

EnvergaduraA mxima envergadura permitida de 1,83m.

Motor RequeridoO motor deve ser da marca K&B .61 RC/ABC (PN 6170) ou O.S. .61 FX, originais, tipo glow e escapamento original do motor.

GiroscpiosO uso de giroscpios de qualquer tipo no ser permitido.

3.3. Dimensionamento do Sistema Moto-Propulsor

O sistema de propulso responsvel pela produo da fora de trao atuante na aeronave. Os principais elementos geradores desta fora so o motor e a hlice. A escolha destes dois componentes fundamental na determinao da fora gerada pelo sistema.

3.3.1. MotorO motor a ser utilizado foi definido atravs das opes oferecidas pela SAE, abaixo a tabela com as duas opes de motor e o comparativo entre eles:

Tabela 3.2 Comparativo entre as opes de motor para a competioMotorDeslocamento (in)Faixa de rotao (rpm)Potncia (HP)Peso (Kg)

O.S.61 FX0,6072.000 17.0001,90,55

K&B PN 61700,6102.000 14.0001,80,62

O motor O.S.61 FX foi o escolhido devido sua maior potncia, menor peso e maior faixa de rotaes e por oferecer maior confiabilidade tendo como base competies aerodesign anteriores

3.3.2. HlicePara a escolha da hlice levou-se em conta a velocidade e a rotao do motor. Durante a decolagem, a velocidade baixa e supondo pouca variao da rotao da hlice, a taxa de avano da mesma bastante reduzida. Neste regime, hlices de passo pequeno tm maior rendimento que as de passo maior. A curva de rendimento da hlice em funo da taxa de avano (figuras 3.1 e 3.2) nos mostra que hlices de passo pequeno atingem seu ponto mximo antes de uma hlice de passo maior. Assim, regulando o passo na medida em que a velocidade da aeronave varia, torna-se possvel um controle do rendimento da hlice de forma que esta opere de maneira mais prxima ideal durante o vo da aeronave, tal recurso conhecido como o passo de hlice varivel. No caso do aeromodelo em questo no h mecanismo vivel para se utilizar hlice com passo varivel, logo, deve-se escolher uma hlice de passo fixo e com um bom desempenho em baixa velocidade.

Para obter o mximo rendimento recomenda-se hlice de maior dimetro possvel, pois para aeronaves com velocidade de cruzeiro relativamente baixa aplica-se, geralmente, uma hlice com grande dimetro e com um pequeno passo. Dimetros maiores fornecem mais trao (caracterstica desejada em avies de carga) e passos menores fornecem maior acelerao na decolagem (fator fundamental na competio Aerodesign), porm trabalha-se com menor velocidade de cruzeiro.

O motor escolhido (OS .61), possibilita o uso de hlices de dimetro entre 11 e 14 polegadas e comercialmente encontram-se hlices com passos variando entre 3,75 e 14 in.

Para a anlise foram levantadas as curvas trao x velocidade das hlices atravs do software propel [9], que so mostradas na figura 3.1 utilizando a rotao do motor em 10.000 rpm e supo