Avaliação comparativa de diferentes métodos de análise de estabilidade longitudinal estática aplicados a uma aeronave da competição SAE Brasil aerodesign - Almeida, Carlos Eduardo de (My University, 2021)
This work deals with the evaluation of different methods of analysis of static longitudinal stability in order to analyze the differences in the results obtained for an aircraft destined for the SAE Brasil Aerodesign competition. For this, the analytical methods presented in two ways were evaluated, Perkins and Robert (1949) and Nelson (1998), and, for the static margin, the Gyles Aerodesign Pitch Stability Estimator software for longitudinal stability and control was also used. The main differences found between the methods presented in the two bibliographies were in the way of estimating the values of variation of the downwash angle with the wing attack angle and the distinction between lift and drag vectors and those fixed to the reference line of the acting plane on the wing and on the horizontal stabilizer. In this regard, it was possible to assess that the existing differences are negligible for stability calculations. For the variation of the downwash angle, with the methodology presented in Perkins and Robert (1949), minimum values were found 16% lower and maximum values 21.2% higher than those calculated following the method indicated by Nelson (1998), which presents results with greater variation. It was also observed the opportunity to reduce the static margin by 3.1 percentage points, respecting the requirements of the Aerosul team for this variable, which would imply a dimensional reduction of the plane and, consequently, a decrease in mass. With the software applied to the analyses, the static margin results fluctuated between those found with the analytical methods presented by the two bibliographies, with a minimum value of 0.5 percentage point less stable than that calculated with Nelson (1998), a reference currently used by team. Differences of up to 1.1° were also found between the results obtained with both methods for the downwash angle, with consequent variation in the angle of attack acting on the horizontal empennage. For this, it was observed that, for regimes closer to the horizontal empennage stall, a critical region of analysis, the differences in values obtained are small, therefore, the use of both analytical methods was considered satisfactory. [resumo fornecido pelo autor]
Este trabalho trata da avaliação de diferentes métodos de análise de estabilidade longitudinal estática com o intuito de analisar as diferenças dos resultados obtidos para uma aeronave destinada à competição SAE Brasil Aerodesign. Para isso avaliou-se os métodos analíticos apresentados em duas vertentes, Perkins e Robert (1949) e Nelson (1998), e, para a margem estática, também utilizou-se o software de análise de estabilidade e controle longitudinais Gyles Aerodesign Pitch Stability Estimator. As principais diferenças encontradas entre os métodos apresentados pelas duas bibliografias foram quanto à forma de estimar valores de variação do ângulo de downwash com o de ataque da asa e à distinção entre os vetores de sustentação e arrasto e os fixados à linha de referência do avião atuantes na asa e no estabilizador horizontal. Quanto a isto foi possível avaliar que as diferenças existentes são desprezíveis para os cálculos de estabilidade. Para a variação do ângulo de ataque induzido, com a metodologia apresentada em Perkins e Robert (1949) encontrou-se valores mínimo 16% menor e máximo 21,2% maior que os calculados seguindo o método indicado por Nelson (1998), que apresenta resultados com maior variação. Observou-se ainda a oportunidade de redução da margem estática em 3,1 pontos percentuais, respeitando os requisitos da equipe Aerosul para esta variável, o que implicaria na redução dimensional do avião e, consequentemente, na diminuição de massa. Com o software aplicado às análises, os resultados de margem estática flutuaram entre aqueles encontrados com os métodos analíticos apresentados pelas duas bibliografias, com valor mínimo de 0,5 ponto percentual menos estável do que o calculado com Nelson (1998), referência atualmente utilizada pela equipe. Também foram encontradas diferenças de até 1,1° entre os resultados obtidos com ambos os métodos para o ângulo de ataque induzido, com consequente variação do ângulo de ataque atuante na empenagem horizontal. Para este, observou-se que, para regimes mais próximos ao estol da empenagem horizontal, região crítica de análise, as diferenças de valores obtidas são pequenas, portanto, considerou-se satisfatória a utilização de ambos os métodos analíticos. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Engenharia mecânica; Estática; Aeronaves; Estabilidade; Aerodinâmica