Projeto de hélice para um dispositivo variador de passo aplicado a uma aeronave da competição SAE Brasil AeroDesign
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Data
2024-09-07Orientador
Kucera, Sérgio da Silva
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Este trabalho teve como objetivo projetar uma hélice para um dispositivo variador de passo, de modo a maximizar a eficiência geral do grupo motopropulsor de uma aeronave da competição SAE AeroDesign. Dando sequência aos estudos já realizados, e por meio de trabalhos correlatos, foi realizado o estudo de uma hélice, a partir de um perfil Clark Y. O modelo virtual foi obtido em modelagem CAD, por meio de cálculos analíticos e método numérico de resolução, baseados na teoria do elemento de pá e seus resultados comparados com uma hélice APC 12,25? x 3,75?, de passo fixo. Os parâmetros geométricos obtidos pela especificação dos requisitos permitiram caracterizar o modelo, bem como definir as condições de operação, sendo a condição de projeto definida na máxima eficiência aerodinâmica do perfil, na velocidade de estol, a 10.000 rpm e passo mínimo. As demais condições de comparação foram definidas variando a rotação para 13.000 rpm e velocidade de cruzeiro. Para os passos máximo e mínimo foram avaliados somente o desempenho do modelo. As forças de tração e torque foram obtidas através de integração ao longo da pá, em função do raio, sendo suas funções obtidas por regressão não-linear. Esses valores permitiram calcular os parâmetros de desempenho do modelo. A comparação dos resultados demonstrou uma maior eficiência para o modelo proposto em todas as condições de comparação (20% maior na velocidade de estol e 14% maior na de cruzeiro). Vale ressaltar, porém, que o rendimento do modelo proposto é teórico, envolvendo várias simplificações, enquanto que o da APC é o real. Os valores da razão de avanço J se mostraram muito próximos (em torno de 5%), em todas as condições de comparação, enquanto que os resultados de tração, torque e potência obtidos no modelo teórico se mostraram abaixo dos fornecidos pela APC (em 15%, ou mais). Assim, considerando a configuração de análise proposta, a hélice APC é a melhor opção, por proporcionar maior tração na fase de decolagem (crítica) da missão. No entanto, baseado apenas neste estudo, não foi possível delimitar a utilização do dispositivo variador de passo. Mesmo assim, ele continua sendo uma opção competitiva de fato, de modo que novas avaliações, metodológicas e de configurações distintas (outras opções de perfis, valores de corda e diâmetro externo, motores elétricos) viabilizem melhores resultados. Como objeto de melhoria contínua, torna-se imprescindível mais estudos, investigações e avaliações além das apresentadas aqui. [resumo fornecido pelo autor]