Simulação numérica de alto desempenho aplicada à otimização de projeto de aeronave

Resumo

Com o intuito de minimizar de proporcionar uma redução considerável no ciclo de projeto de aeronave, propõe-se instalar uma infra-estrutura computacional de projeto de aeronave. Esta infra-estrutura constará dos seguintes módulos: 1.Modelos matemáticos para cálculo de peso estrutural da aeronave e seus componentes; polar de arrasto e derivadas de estabilidade; cálculo de tração ou potência do motor; cargas atuantes na aeronave em seu envelope. 2.Sistemas ou códigos computacionais para cálculo da polar de arrasto, peso estrutural e flutter. 3. Avaliação de uma ampla gama de algoritmos de otimização.4.Manipulador de geometrias de forma paramétrica.A infra-estrutura a ser desenvolvida será capaz de integrar as várias áreas do conhecimento aeronáutico, criando um cenário de sinergia onde todas as disciplinas poderão interagir de maneira equilibrada, não comprometendo, deste modo, os resultados mais gerais desta fase de projeto. O módulo de otimização deverá ser composto por vários otimizadores, muitos deles podendo ser obtidos na Internet. Algoritmos genéticos deverão também ser avaliados. A utilização de algoritmos genéticos habilita o tratamento de problemas que envolvam variáveis do tipo discreto e não lineares, dada a maior robustez do algoritmo. Ainda, serão contemplados o estado da arte atual no campo da otimização multidisciplinar em vários centros de pesquisa espalhados pelo globo juntamente com os avanços da indústria aeronáutica mundial no tocante à prática de OPMD. Para exercício de validação da infra-estrutura de projeto, propõe-se a execução de dois casos piloto. O primeiro seria o projeto de uma aeronave na classe do Airbus A-320. A nova aeronave deve apresentar um custo direto operacional (DOC) consideravelmente menor que aquele do avião europeu e ser capaz de acomodar 150 passageiros em duas classes. O segundo caso refere-se a obtenção da melhor configuração de winglet para um avião de transporte comercial. A discussão inicial da viabilidade de instalação de winglets em aeronaves comerciais cedeu lugar ao seu uso quase generalizado em aeronaves, seja através de reprojetos de configurações existentes ou projetos novos. Isto se deve principalmente à melhoria da exatidão e eficiência de códigos de dinâmica dos fluidos computacional, que permitem estudos paramétricos em uma escala de tempo aceitável, e a melhor compreensão dos fenômenos físicos envolvidos à geração de sustentação em aeronaves de asa fixa advinda de ensaios eficientes em túnel de vento. Contudo, um outro tipo de debate tomou corpo, tanto entre fabricantes aeronáuticos quanto na comunidade acadêmica: qual o melhor tipo e configuração de dispositivo de ponta de asa que proporciona o melhor custo benefício? Para contribuir em resolver esta questão é proposta um projeto de pesquisa compreendendo a criação de um banco de dados aerodinâmico, alimentado por dados de ensaio em túnel e cálculos de dinâmica dos fluidos computacional. Um programa de otimização deverá escolher configurações ótimas para dados perfis de missão com restrições oriundas de alterações de sistemas e modificações estruturais. Neste contexto, a equipe de trabalho contará com a atuação de quatro professores da Divisão de Aeronáutica do ITA: a)Prof.-Dr. Nide Geraldo do Couto Ramos Fico Júnior; coordenador e responsável pela otimização aerodinâmica de aeronaves. b)Prof.-Dr Amílcar Porto Pimenta; responsável por aplicações envolvendo propulsão. c)Prof.-Dr Bento Silva de Mattos; responsável por projeto e otimização de aeronaves, cálculo de desempenho e estabilidade e controle. d)Prof.-Dr. Marcos Aurélio Ortega; responsável por desenvolvimento de códigos de DFC e modelagem de turbulência. Além disso, a equipe contará com alunos de Iniciação científica, mestrado acadêmico e profissional, realizado em parceria com a Embraer e, também, alunos de doutorado. (AU)