Estudo da diminuição do arrasto induzido com dispositivo de ponta de asa

Abstract

Resumo:O arrasto geral na aeronave é uma das coisas que em um projeto aeronáutico tende em obter o menor valor possível, ele consiste em dois tipos de arrasto, parasita que é dado pela sua forma geométrica e o induzido que é dado pela sua sustentação que faz gerar vórtices na ponta da asa. O arrasto induzido está ligado diretamente na performance na aeronave podendo chegar de 40% a 60% do arrasto total, o estudo tem a importância para conseguir otimizar essa porcentagem, representando um ganho na sua autonomia ou viabilizando uma vantagem financeira para o operador em redução de combustível ou no aumento do payload. Com o decorrer do avanço no campo aerodinâmico foram criadas maneiras para obter uma redução no arrasto induzido, uma delas é os dispositivos de ponta de asa. Estes dispositivos tem como o objetivo fazer a eficiência aerodinâmica aumentar. Aerodesign também se tem a busca por obter máxima eficiência da aeronave. Portanto, estes dispositivos se tornam muito eficaz no projeto, onde a competição limita a envergadura da aeronave, fazendo com que as aeronaves tenham baixo alongamento e não conseguindo ter uma redução de arrasto por conta do seu alongamento. Com a aeronave da equipe Aerotau Aerodesign foi levantado qual dispositivo apresentaria melhor eficiência. O Endplate foi escolhido, além de apresentar uma eficiência aerodinâmica alta, facilidade construtiva e não agregaria muito peso na aeronave, onde que no projeto Aerodesign visa obter o peso vazio menor possível. Após ter a asa e configuração do Endplate foi utilizado software de CAD e posteriormente analisados em ferramentas de DFC, verificando sua eficiência. A partir das análises em DFC observou-se que o dispositivo Endplate proposto mostrou-se eficaz em reduzir o arrasto, diminuindo em cerca de 13%. Outra característica apresentada foi o aumento da sustentação, é interessante para emprego em aeronaves de baixo Reynolds, possibilitando uma diminuição de velocidade na aproximação de pouso e até mesmo reduzindo a distância de pista para decolagem.

Abstract: The total drag of an aircraft is one of things that in an aeronautical project the aim is to obtain the smallest possible value, it consists of two types of drag, the parasite one which is given by its geometry shape and the induced one which is given by its lift thereby generating wingtip vortex. The induced drag is directly linked to the aircraft’s performance, which can reach from 40% to 60% of the total drag. The present study has the importance of optimizing this percentage, representing a gain in its maximum range or allowing a financial advantage to the operator due to fuel consumption reduce or payload increase. With the advancement of the aerodynamic field, ways of reducing induced drag have been created, the wing-tipped devices provide significant gains, increasing aerodynamic efficiency. In the Aero Design competition, there is also the quest for maximum efficiency of the aircraft. Hence, these devices become very effective in the design, where the competition limits the wingspan of the aircraft, causing the aircraft to have low stretch and not being able to have a drag reduction due to its stretch increase. From Aerotau’s Aero Design Team aircraft was raised a study about which device would present better efficiency. The endplate was chosen, in addiction to presenting a high aerodynamic efficiency and constructive easiness it would also not add much weight in the aircraft, since in the Aero Design competition the aim is to obtain the lowest possible empty weight. After the choice of the wing and configuration of the endplate was used AutoCAD software and later analyzed in CFD tools, verifying their efficiency. From the analyzes in CFD it was observed that the chosen endplate device was effective in reducing drag, decreasing by about 13%. Another feature presented was the increase of lift, it is interesting for using in an aircraft of low Reynolds, allowing a decrease of speed in the landing approximation and even reducing the distance of lane for takeoff.