[pt] PROJETO DE SLAT PARA AEROFÓLIO DE ALTA SUSTENTAÇÃO OPERANDO EM BAIXOS NÚMEROS DE REYNOLDS

[en] SLAT DESIGN FOR A HIGH LIFT AIRFOIL IN LOW REYNOLDS NUMBER

[pt] MATHEUS MONNERAT DA SILVA LIMA

[pt] OTIMIZACAO

[pt] BAIXO NUMERO DE REYNOLDS

[pt] DISPOSITIVO HIPERSUSTENTADOR

[pt] AUMENTO DE SUSTENTACAO

[pt] BOLHA DE SEPARACAO LAMINAR

[pt] VEICULO AEREO NAO TRIPULADO

[en] OPTIMIZATION

[en] LOW REYNOLDS NUMBER

[en] INCREASE IN SUPPORT

[en] LAMINAR SEPARATION BUBBLE

[en] UNMANNED AERIAL VEHICLE

[pt] O presente trabalho consiste no estudo da melhoria de performance de uma aeronave para a competição de Aerodesign por meio do uso de dispositivos hipersustentadores. De acordo com o regulamento da competição de 2019 [3], o projeto da aeronave deve priorizar veículos com baixa velocidade de estol, pouca área de asa e elevada sustentação. No Aerodesign, as aeronaves voam em baixas velocidades e possuem dimensões pequenas quando comparadas às aeronaves comerciais. Assim, elas operam em baixos números de Reynolds, o que é um complicador para o projeto. Nesse regime, há predominância de escoamento laminar sobre a superfície dos aerofólios, facilitando, assim, a separação da camada limite em regiões mais próximas do bordo de ataque. Esse efeito está fortemente associado à perda de sustentação e ao aumento do arrasto dessas aeronaves. A separação mais próxima do bordo de ataque dificulta o uso de flapes. Por isso, optou-se pelo estudo do slat, pois esse dispositivo causa uma reenergização do escoamento em regiões próximas do bordo de ataque, evitando o descolamento. Para este estudo, utilizou-se uma ferramenta numérica (MSES) para a simulação do conjunto slat-asa e um código em MATLAB para otimizar o projeto do conjunto. Para a otimização, utilizou-se um algoritmo genético. Com isso, obtiveram-se aumentos de até 38 por cento no CL sem ganhos significativos no CD. Assim, foi possível projetar uma aeronave com menor área de asa e que carrega uma carga 12.3 por cento maior com uma velocidade 6.4 por cento menor. Portanto, para o regulamento da competição de 2019, o uso do slat permitiu um acréscimo de 14 por cento na pontuação de voo do campeonato. Nos próximos anos, espera-se um grande avanço na performance dos VANTs, cujo aspecto aerodinâmico ainda não foi muito explorado. Portanto, espera-se que o presente trabalho contribua para o desenvolvimento de projetos de VANTs.

[en] The present work consists in the study of the performance improvement of an aircraft for the Aerodesign competition through the use of high-lift devices. According to the 2019 competition regulation [3], the aircraft design should prioritize vehicles with low stall speed, small wing area and high lift. In Aerodesign, aircraft fly at low speeds and have small dimensions when compared to commercial ones. Thus, they operate at low Reynolds numbers, which is a complicating factor for the project. In this condition, there is a predominance of laminar flow over the surface of the airfoils, thus facilitating the separation of the boundary layer in regions closer to the leading edge. This effect is strongly associated with the loss of lift and the increase in drag of these aircraft. The flow separation closer to the leading edge complicates the use of flaps. Therefore, the study the slat was chosen because this device causes a re-energization of the flow in regions closer to the leading edge, preventing detachment. This study used a numerical tool (MSES) for the simulation of the slat-wing group and a code in MATLAB to optimize its design. A genetic algorithm was used for the optimization. Thus, increases of up to 38 per cent were obtained in the CL without significant gains in the CD. Thus, it was possible to design an aircraft with a smaller wing area and carrying a 12.3 per cente greater payload with a 6.4 per cent lower speed. Therefore, for this competition regulation, the use of the slat increased 14 per cent in the championship flight score. In the following years, it is expected a great advance in the performance of UAVs, which aerodynamic aspect has not been much explored. Therefore, it is expected that the present work contributes to the development of UAV projects.

IGOR BRAGA DE PAULA

2021-07-09

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53615@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=53615@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.53615