Otimização da aerodinâmica de aeronave para a competição SAE Brasil Aerodesign utilizando algoritmo genético
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2019
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Neste trabalho foi desenvolvido um método de otimização multidisciplinar da forma aerodinâmica de uma aeronave destinada a participar da competição SAE Brasil Aerodesign, devido à necessidade de se maximizar a aptidão de pontuação de voo para as restrições de projeto determinadas. Para isso foram consideradas as análises de aerodinâmica, desempenho e estabilidade que são afetadas diretamente pela configuração da aeronave. O método de otimização aplicado foi o algoritmo genético, já integrado como função do software Matlab, que foi a ferramenta utilizada para programação e modelamento matemático. Utilizou-se também o solver Xfoil, integrado ao Matlab para análise dos perfis aerodinâmicos gerados pela curva de Bèzier. Foram definidas as restrições de projeto, as variáveis de controle e a função multiobjectivos do problema de otimização analisado que, após o modelamento matemático, passou a ter como objetivo a maximização da carga paga. Por fim, os resultados obtidos foram analisados e comparados com o método utilizado atualmente pela equipe da instituição. Obteve-se uma aeronave otimizada capaz de transportar 12,29 kg de carga paga, 20% superior a obtida pela desenvolvida em 2019. Também foi verificada a existência de um ótimo local e global para uma das variáveis de controle, porém o método desenvolvido encontrou como resultado o ótimo global de cada variável. Concluiu-se que o método aplicado se demonstrou eficaz para otimização da forma aerodinâmica da aeronave estudada. [resumo fornecido pelo autor]
Resumo
In this work, a method of multidisciplinary optimization of the aerodynamic shape of an aircraft intended to participate in the SAE Brasil Aerodesign competition was developed, due to the need to maximize flight fitness score for the given design constraints. The aerodynamic, performance and stability analyze that are directly affected by the aircraft configuration were considered. The optimization method applied was the genetic algorithm, already integrated as a function of Matlab software, which was the tool used for programming and mathematical modeling. The Xfoil solver integrated with Matlab was also used to analyze the aerodynamic profiles generated by the Bèzier curve. The design constraints, the control variables and the multi-objective function of the optimization problem analyzed were defined and, after mathematical modeling, the objective was to maximize the paid load. Finally, the results obtained were analyzed and compared with the method currently used by the institution's team. An optimized aircraft capable of carrying 12,29 kg of the paid load was obtained, 20% higher than the one developed in 2019. It was also verified the existence of a local and global optimum for one of the control variables, but the developed method found the global optimum of each variable. It was concluded that the applied method proved to be effective to optimize the aerodynamic shape of the studied aircraft. [resumo fornecido pelo autor]