Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia Mecânica. Este trabalho realiza o design conceitual de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) com células fotovoltaicas em suas asas de modo a gerar sua própria energia e possuir a capacidade de permanecer em voo continuamente. É embarcado com câmera desenvolvida para VANTs, de modo que sua principal aplicação é de captura de imagens em missões de variadas aplicações. O projeto conceitual foi realizado utilizando critérios de eficiência e baixo custo, de modo a obter uma aeronave de grande autonomia, com a capacidade de monitorar territórios de quaisquer dimensões do Brasil. O trabalho utiliza uma adaptação da metodologia proposta na literatura técnica e seu resultado é de uma aeronave autossuficiente energeticamente, com 3,44 metros de envergadura, painéis solares na asa totalizando 120 W de potência, e estimativa total de massa da aeronave em 2,536 kg. Entre os parâmetros avaliados para o dimensionamento preliminar da aeronave estão a massa total, o consumo energético da carga transportada, o sistema de aviônicos, a altitude máxima de operação, a irradiância global do local de voo por localização e época do ano, os coeficientes aerodinâmicos para asa finita, a densidade energética das baterias, as células fotovoltaicas, o Maximum Power Point Tracker e o sistema de propulsão. O resultado é um projeto preliminar de um VANT solar relativamente leve e com elevada autonomia de voo.
This document discusses business opportunities in Nigeria given its population of 170 million people and labor force of 79.9 million. It notes that there are more problems to solve than current solutions. Business opportunities outlined include agriculture (crop and animal production), food/feed processing, packaging, and transportation. Other opportunities mentioned are fashion design, clothing sales, real estate (agency, development, management), internet/technology businesses, and transportation/logistics. The document provides advice to start small and focus on a niche, seek training, and explore funding sources such as banks, grants, angel investors, and personal networks.
This document discusses various strategies for optimizing website performance. It begins with a brief overview of Accelerated Mobile Pages (AMP) and acknowledges that AMP is just the beginning. The bulk of the document then provides tips across several areas: infrastructure and network optimization using techniques like HTTP/2 and content delivery networks; front-end optimization of assets, caching, and resource loading; back-end optimization including server ecosystems and caching; and progressive web app techniques. Key takeaways are that every byte of content matters to users, tools' performance scores should be ignored, and opportunities exist across infrastructure, front-end, and back-end optimizations.
Jetzt gibt es kein Entkommen mehr! Legen Sie einfach einmal einen Aufschieberitis-Tag ein und erledigen alle Aufgaben, die Sie schon lange vor sich her schieben.
Démonstrateur à grande échelle de « Smart Water »Isam Shahrour
Cette conférence a été présentée aux journées de l’Office Internationale de l’Eau (OIEAU) sur le thème « Intelligence numérique : nouveaux outils pour la gestion des réseaux d’eau » qui a eu lieu à Paris le 15 mars, 2017. Elle présente le démonstrateur à grande échelle des réseaux d’eau intelligents réalisé sur la Cité Scientifique. Il décrit les réseaux d’eau potable et d’assainissement, l’instrumentation de ces réseaux, l’analyse des données et le retour d’expérience.
This document provides an overview and update on the Brucejack gold project located in northern British Columbia, Canada. Key points include:
- Brucejack is a high-grade underground gold project that is fully permitted and funded, with commercial production targeted for 2017.
- Updated mineral reserves estimate shows 6.9 million ounces of gold and 4.6 million ounces of silver in the proven and probable categories.
- Underground infill drilling program was completed in 2015-2016 to upgrade resources closer to planned mining areas. Drilling intersected high gold grades, including 0.5m at 37,117 g/t Au and 0.5m at 41,582 g/t Au.
- Project economics from
Kate Putnam - Supporting Modern Day Womankate Putnam
Kate Putnam’s home state of New Hampshire has a strong history in politics for women. With a history of volunteerism, there have been more females in political positions there than in most other states and since 1975 over a quarter of state legislature has been made up by females.
How to build a really strong Value PropositionBizSmart Select
This document provides tips on how to regain control over your business. It is brought to you by BizSmart, an organization that helps smart businesspeople learn from each other to achieve success. BizSmart aims to help its members gain business knowledge by surrounding themselves with other intelligent professionals.
This document discusses business opportunities in Nigeria given its population of 170 million people and labor force of 79.9 million. It notes that there are more problems to solve than current solutions. Business opportunities outlined include agriculture (crop and animal production), food/feed processing, packaging, and transportation. Other opportunities mentioned are fashion design, clothing sales, real estate (agency, development, management), internet/technology businesses, and transportation/logistics. The document provides advice to start small and focus on a niche, seek training, and explore funding sources such as banks, grants, angel investors, and personal networks.
This document discusses various strategies for optimizing website performance. It begins with a brief overview of Accelerated Mobile Pages (AMP) and acknowledges that AMP is just the beginning. The bulk of the document then provides tips across several areas: infrastructure and network optimization using techniques like HTTP/2 and content delivery networks; front-end optimization of assets, caching, and resource loading; back-end optimization including server ecosystems and caching; and progressive web app techniques. Key takeaways are that every byte of content matters to users, tools' performance scores should be ignored, and opportunities exist across infrastructure, front-end, and back-end optimizations.
Jetzt gibt es kein Entkommen mehr! Legen Sie einfach einmal einen Aufschieberitis-Tag ein und erledigen alle Aufgaben, die Sie schon lange vor sich her schieben.
Démonstrateur à grande échelle de « Smart Water »Isam Shahrour
Cette conférence a été présentée aux journées de l’Office Internationale de l’Eau (OIEAU) sur le thème « Intelligence numérique : nouveaux outils pour la gestion des réseaux d’eau » qui a eu lieu à Paris le 15 mars, 2017. Elle présente le démonstrateur à grande échelle des réseaux d’eau intelligents réalisé sur la Cité Scientifique. Il décrit les réseaux d’eau potable et d’assainissement, l’instrumentation de ces réseaux, l’analyse des données et le retour d’expérience.
This document provides an overview and update on the Brucejack gold project located in northern British Columbia, Canada. Key points include:
- Brucejack is a high-grade underground gold project that is fully permitted and funded, with commercial production targeted for 2017.
- Updated mineral reserves estimate shows 6.9 million ounces of gold and 4.6 million ounces of silver in the proven and probable categories.
- Underground infill drilling program was completed in 2015-2016 to upgrade resources closer to planned mining areas. Drilling intersected high gold grades, including 0.5m at 37,117 g/t Au and 0.5m at 41,582 g/t Au.
- Project economics from
Kate Putnam - Supporting Modern Day Womankate Putnam
Kate Putnam’s home state of New Hampshire has a strong history in politics for women. With a history of volunteerism, there have been more females in political positions there than in most other states and since 1975 over a quarter of state legislature has been made up by females.
How to build a really strong Value PropositionBizSmart Select
This document provides tips on how to regain control over your business. It is brought to you by BizSmart, an organization that helps smart businesspeople learn from each other to achieve success. BizSmart aims to help its members gain business knowledge by surrounding themselves with other intelligent professionals.
The document summarizes moments captured by Dr. Heidi Forbes Öste at The BE Conference in Austin 2017. The conference brought together women in media, technology, and other fields. Several speakers discussed topics like creating empathy through visuals, handling rejection, asking for advice and money, the power of diversity for performance, fighting stereotypes with data, and getting involved in policy through state legislatures.
Este documento describe dos teorías de tipos constitucionales de la personalidad. La tipología de Kretschmer establece cuatro tipos constitucionales (pícnico, asténico, atlético y displásico) y asocia características físicas y psicológicas con cada tipo. La tipología de Sheldon divide los tipos en ectomorfo, mesomorfo y endomorfo, relacionando la estructura física con el temperamento cerebrotónico, somatotónico y viscerotónico respectivamente.
Why Inbound PR is the Future of PR at #INBOUND16 Iliyana Stareva
Iliyana Stareva gives a presentation on inbound PR and how it differs from traditional outbound PR. She defines inbound PR as combining PR's strengths of content creation with measurement. She outlines 7 steps for companies to do inbound PR: 1) define stakeholder personas, 2) map their journey, 3) create a content plan, 4) promote content, 5) do inbound media relations, 6) nurture media leads, and 7) measure results. The key aspects of inbound PR are creating valuable content to attract stakeholders throughout their journey and using data to continually improve efforts.
Panorama Politico Ciudad de Buenos AiresSergio Doval
El resumen describe los resultados de una encuesta telefónica realizada en la Ciudad Autónoma de Buenos Aires sobre las próximas elecciones legislativas. La encuesta incluyó preguntas sobre intención de voto, imagen de políticos y funcionarios, y evaluación del primer año de gobierno de Mauricio Macri. Se entrevistó a 521 personas mayores de 18 años usando un cuestionario cerrado y abierto entre el 31 de enero y el 14 de febrero de 2017.
Oxford Islamic Branding and Marketing Forum ReportAllen Lai
This document provides a summary of the proceedings from the Inaugural Oxford Global Islamic Branding and Marketing Forum held in July 2010. The forum brought together over 230 delegates from around the world, including business and thought leaders, to discuss opportunities and challenges around engaging Muslim consumers globally. Key topics included defining Muslim markets and brands, overcoming challenges to build customer loyalty, perceptions of Muslims, innovations in Islamic finance, and future trends shaping Muslim consumer markets. The forum represented the first event of its kind focusing exclusively on Islamic branding and marketing.
La presentación fue realizada en los talleres de la Fase II del Programa de Transición Transparente Municipal impulsado por el Ministerio de Autonomías a través de la Red Interinstitucional de Formación y Capacitación Municipal (RIFCAM).
Más información en http://bit.ly/TTM2015_FASE-II
Print Culture & the Modern World part 1Mukund Ingle
The document summarizes the history of printing from its origins in China, Japan, and Korea using woodblock printing techniques. It then discusses how printing spread to Europe via Marco Polo and was advanced through Johannes Gutenberg's development of the mechanical printing press in the 15th century. The summary discusses how the printing press increased book production and literacy, leading to new reading publics and religious and intellectual debates. It outlines how publishers attracted new readers and how print culture influenced movements like the French Revolution. Innovations like powered presses and offset printing are also mentioned.
Decentralized crowdfunding solution
Pitch: https://www.youtube.com/watch?v=gi2NJkuV8o4
Code: https://github.com/s-tikhomirov/pethreon/
Created at the Merkle hackathon (Paris, 11-12 March 2017)
Este documento discute cómo Facebook puede usarse como una herramienta educativa poderosa para apoyar el proceso de enseñanza y aprendizaje. Explica que los estudiantes del siglo XXI necesitan dominar la tecnología y desarrollar habilidades de comunicación, colaboración y aprendizaje. Luego, proporciona varias maneras en que los maestros pueden implementar Facebook en sus clases, como compartir contenido, realizar encuestas, crear grupos de estudiantes y mantener la comunicación con los padres.
Pintura hecha por Rafael Valecillos para la III Conferencia del Mar, todas la especificaciones de este conmemorativo cuadro están en esta presentacion.
MEN OF EXCELLENCE Awards Journal designed by Edgar TorresEdgar Torres
The MEN OF EXCELLENCE Awards Journal was created to give the awards winners a place to showcase who they are and what they bring to the table. Each honoree got their own page or pages to highlight their excellence and contributions to the community.
Meek Mill has an estimated net worth of $4 million.Before being signed to Maybach Music Group in February 2011, the rapper went to Grand Huslte Records, with T.I.
Este trabalho apresenta uma análise da exposição à descargas atmosféricas de uma torre de destilação de uma refinaria de petróleo utilizando o método dos elementos finitos. Inicialmente é realizado um estudo sobre descargas atmosféricas e sistemas de proteção contra raios. Em seguida, simulações computacionais são realizadas para avaliar o comportamento elétrico da torre durante uma descarga, analisando variáveis como a resistência de aterramento. Os resultados demonstram que a resistência de aterramento influencia diret
Este documento apresenta um estudo e estimação de parâmetros de um modelo elétrico de bateria. Foram implementados modelos elétricos e baseados em impedância para simular o comportamento de baterias. Um sistema experimental foi desenvolvido para testar baterias e estimar parâmetros internos através de espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados obtidos permitiram analisar o desempenho dos diferentes modelos de bateria.
Protótipo de um carregador de bateria de dispositivos móveis que utiliza font...Keite de Souza
Este documento descreve um protótipo de um carregador de baterias de dispositivos móveis utilizando energia solar fotovoltaica. O projeto apresenta o circuito carregador e dimensionamento dos componentes como painel solar, regulador de tensão e resistor. Testes foram realizados para verificar o funcionamento do sistema em uma mochila como proposta de uso.
1. O documento descreve um projeto de uma turbina eólica de eixo vertical para aplicação em meio urbano. Inclui análise aerodinâmica, resultados de cálculo de coeficientes de potência e projeto estrutural da turbina.
2. A análise aerodinâmica usa modelos matemáticos para calcular coeficientes de potência variando a velocidade de rotação e fator de bloqueamento, e estuda perfis multi-elementos usando o Javafoil.
3. Inclui também projeto
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre a utilização da técnica de otimização simétrica no ajuste de tensão de um gerador síncrono. O trabalho descreve a implementação de um regulador de tensão para uma máquina síncrona usando o método de otimização simétrica, com testes realizados em três etapas. Os resultados experimentais validaram satisfatoriamente a teoria do controle.
Estudo da Viabilidade da Utilização de Energia Solar de Forma ConcentradaHenrique Baroni
1. O documento apresenta um estudo sobre a viabilidade do uso de energia solar concentrada para geração de energia elétrica. O trabalho foi realizado para obtenção do título de engenheiro mecânico na Universidade Presbiteriana Mackenzie.
2. O estudo modela uma planta de geração de energia solar concentrada utilizando cilindros parabólicos como concentradores solares e um fluido de transferência de calor. O princípio de funcionamento se baseia no ciclo de Rankine com superaquecimento e reaquecimento
ANÁLISE DE ECONOMIA ENERGÉTICA COM A INSTALAÇÃO DE SENSORES DE PRESENÇA EM BA...JadsondosSantosSilva1
Este trabalho consiste no desenvolvimento de um protótipo de monitoramento para
verificar a viabilidade econômica da implementação de sensores de presença nos banheiros da
Universidade Federal do Acre. Para se realizar o estudo foi desenvolvido um protótipo de
monitoramento, utilizando sensor de presença infravermelho e Arduino uno R3. O protótipo foi
testado pelo período de uma semana em um banheiro localizado no bloco Rubem Ludwig, da
Universidade Federal do Acre, Campus Rio Branco. Os resultados obtidos mostraram que a
utilização de sensores de presença representa uma redução de 40,37% no tempo de acionamento
das lâmpadas no período estudado. Também foi realizada uma projeção de gastos na aquisição
e instalação dos sensores demonstrando que em cerca de 17 meses a economia gerada pela
automação supera o investimento da implementação.
Palavras-chave: Eficiência Energética. Arduino. Sensor de presença.
The document summarizes moments captured by Dr. Heidi Forbes Öste at The BE Conference in Austin 2017. The conference brought together women in media, technology, and other fields. Several speakers discussed topics like creating empathy through visuals, handling rejection, asking for advice and money, the power of diversity for performance, fighting stereotypes with data, and getting involved in policy through state legislatures.
Este documento describe dos teorías de tipos constitucionales de la personalidad. La tipología de Kretschmer establece cuatro tipos constitucionales (pícnico, asténico, atlético y displásico) y asocia características físicas y psicológicas con cada tipo. La tipología de Sheldon divide los tipos en ectomorfo, mesomorfo y endomorfo, relacionando la estructura física con el temperamento cerebrotónico, somatotónico y viscerotónico respectivamente.
Why Inbound PR is the Future of PR at #INBOUND16 Iliyana Stareva
Iliyana Stareva gives a presentation on inbound PR and how it differs from traditional outbound PR. She defines inbound PR as combining PR's strengths of content creation with measurement. She outlines 7 steps for companies to do inbound PR: 1) define stakeholder personas, 2) map their journey, 3) create a content plan, 4) promote content, 5) do inbound media relations, 6) nurture media leads, and 7) measure results. The key aspects of inbound PR are creating valuable content to attract stakeholders throughout their journey and using data to continually improve efforts.
Panorama Politico Ciudad de Buenos AiresSergio Doval
El resumen describe los resultados de una encuesta telefónica realizada en la Ciudad Autónoma de Buenos Aires sobre las próximas elecciones legislativas. La encuesta incluyó preguntas sobre intención de voto, imagen de políticos y funcionarios, y evaluación del primer año de gobierno de Mauricio Macri. Se entrevistó a 521 personas mayores de 18 años usando un cuestionario cerrado y abierto entre el 31 de enero y el 14 de febrero de 2017.
Oxford Islamic Branding and Marketing Forum ReportAllen Lai
This document provides a summary of the proceedings from the Inaugural Oxford Global Islamic Branding and Marketing Forum held in July 2010. The forum brought together over 230 delegates from around the world, including business and thought leaders, to discuss opportunities and challenges around engaging Muslim consumers globally. Key topics included defining Muslim markets and brands, overcoming challenges to build customer loyalty, perceptions of Muslims, innovations in Islamic finance, and future trends shaping Muslim consumer markets. The forum represented the first event of its kind focusing exclusively on Islamic branding and marketing.
La presentación fue realizada en los talleres de la Fase II del Programa de Transición Transparente Municipal impulsado por el Ministerio de Autonomías a través de la Red Interinstitucional de Formación y Capacitación Municipal (RIFCAM).
Más información en http://bit.ly/TTM2015_FASE-II
Print Culture & the Modern World part 1Mukund Ingle
The document summarizes the history of printing from its origins in China, Japan, and Korea using woodblock printing techniques. It then discusses how printing spread to Europe via Marco Polo and was advanced through Johannes Gutenberg's development of the mechanical printing press in the 15th century. The summary discusses how the printing press increased book production and literacy, leading to new reading publics and religious and intellectual debates. It outlines how publishers attracted new readers and how print culture influenced movements like the French Revolution. Innovations like powered presses and offset printing are also mentioned.
Decentralized crowdfunding solution
Pitch: https://www.youtube.com/watch?v=gi2NJkuV8o4
Code: https://github.com/s-tikhomirov/pethreon/
Created at the Merkle hackathon (Paris, 11-12 March 2017)
Este documento discute cómo Facebook puede usarse como una herramienta educativa poderosa para apoyar el proceso de enseñanza y aprendizaje. Explica que los estudiantes del siglo XXI necesitan dominar la tecnología y desarrollar habilidades de comunicación, colaboración y aprendizaje. Luego, proporciona varias maneras en que los maestros pueden implementar Facebook en sus clases, como compartir contenido, realizar encuestas, crear grupos de estudiantes y mantener la comunicación con los padres.
Pintura hecha por Rafael Valecillos para la III Conferencia del Mar, todas la especificaciones de este conmemorativo cuadro están en esta presentacion.
MEN OF EXCELLENCE Awards Journal designed by Edgar TorresEdgar Torres
The MEN OF EXCELLENCE Awards Journal was created to give the awards winners a place to showcase who they are and what they bring to the table. Each honoree got their own page or pages to highlight their excellence and contributions to the community.
Meek Mill has an estimated net worth of $4 million.Before being signed to Maybach Music Group in February 2011, the rapper went to Grand Huslte Records, with T.I.
Este trabalho apresenta uma análise da exposição à descargas atmosféricas de uma torre de destilação de uma refinaria de petróleo utilizando o método dos elementos finitos. Inicialmente é realizado um estudo sobre descargas atmosféricas e sistemas de proteção contra raios. Em seguida, simulações computacionais são realizadas para avaliar o comportamento elétrico da torre durante uma descarga, analisando variáveis como a resistência de aterramento. Os resultados demonstram que a resistência de aterramento influencia diret
Este documento apresenta um estudo e estimação de parâmetros de um modelo elétrico de bateria. Foram implementados modelos elétricos e baseados em impedância para simular o comportamento de baterias. Um sistema experimental foi desenvolvido para testar baterias e estimar parâmetros internos através de espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados obtidos permitiram analisar o desempenho dos diferentes modelos de bateria.
Protótipo de um carregador de bateria de dispositivos móveis que utiliza font...Keite de Souza
Este documento descreve um protótipo de um carregador de baterias de dispositivos móveis utilizando energia solar fotovoltaica. O projeto apresenta o circuito carregador e dimensionamento dos componentes como painel solar, regulador de tensão e resistor. Testes foram realizados para verificar o funcionamento do sistema em uma mochila como proposta de uso.
1. O documento descreve um projeto de uma turbina eólica de eixo vertical para aplicação em meio urbano. Inclui análise aerodinâmica, resultados de cálculo de coeficientes de potência e projeto estrutural da turbina.
2. A análise aerodinâmica usa modelos matemáticos para calcular coeficientes de potência variando a velocidade de rotação e fator de bloqueamento, e estuda perfis multi-elementos usando o Javafoil.
3. Inclui também projeto
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre a utilização da técnica de otimização simétrica no ajuste de tensão de um gerador síncrono. O trabalho descreve a implementação de um regulador de tensão para uma máquina síncrona usando o método de otimização simétrica, com testes realizados em três etapas. Os resultados experimentais validaram satisfatoriamente a teoria do controle.
Estudo da Viabilidade da Utilização de Energia Solar de Forma ConcentradaHenrique Baroni
1. O documento apresenta um estudo sobre a viabilidade do uso de energia solar concentrada para geração de energia elétrica. O trabalho foi realizado para obtenção do título de engenheiro mecânico na Universidade Presbiteriana Mackenzie.
2. O estudo modela uma planta de geração de energia solar concentrada utilizando cilindros parabólicos como concentradores solares e um fluido de transferência de calor. O princípio de funcionamento se baseia no ciclo de Rankine com superaquecimento e reaquecimento
ANÁLISE DE ECONOMIA ENERGÉTICA COM A INSTALAÇÃO DE SENSORES DE PRESENÇA EM BA...JadsondosSantosSilva1
Este trabalho consiste no desenvolvimento de um protótipo de monitoramento para
verificar a viabilidade econômica da implementação de sensores de presença nos banheiros da
Universidade Federal do Acre. Para se realizar o estudo foi desenvolvido um protótipo de
monitoramento, utilizando sensor de presença infravermelho e Arduino uno R3. O protótipo foi
testado pelo período de uma semana em um banheiro localizado no bloco Rubem Ludwig, da
Universidade Federal do Acre, Campus Rio Branco. Os resultados obtidos mostraram que a
utilização de sensores de presença representa uma redução de 40,37% no tempo de acionamento
das lâmpadas no período estudado. Também foi realizada uma projeção de gastos na aquisição
e instalação dos sensores demonstrando que em cerca de 17 meses a economia gerada pela
automação supera o investimento da implementação.
Palavras-chave: Eficiência Energética. Arduino. Sensor de presença.
Este documento apresenta o projeto de um andaime suspenso motorizado. Inicialmente descreve os tipos de andaimes existentes e seus componentes. Em seguida realiza o projeto conceitual definindo requisitos, geometria, hipóteses e classificação da estrutura. Posteriormente dimensiona os elementos estruturais como piso, guarda-corpo e módulo lateral. Por fim analisa os elementos mecânicos como juntas e parafusos, o sistema de acionamento e segurança e realiza uma análise de custos comparando com mode
pdfslide.net_modelo-termodinmico-para-o-forno-waelz.pdfLuan Bici
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre o desenvolvimento de um modelo termodinâmico para simular o processo Waelz em um forno industrial. O modelo é desenvolvido utilizando o software SimuSage e divide o forno em células discretas para representar o fluxo em contracorrente de gás e carga sólida. Vários casos são simulados variando parâmetros como coeficientes de reação e perda para avaliar a influência nas variáveis de saída como temperatura, composição dos produtos e eficiência da recuperação do zin
APLICAÇÃO DO MÉTODO DOS ELEMENTOS DE CONTORNO NA ANÁLISE DE INSTABILIDADE DE ...Engenheiro Civil
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre a aplicação do método dos elementos de contorno na análise de instabilidade de placas perfuradas. O trabalho inclui o efeito da deformação por cortante no modelo de flexão de placas isotrópicas e introduz a não linearidade geométrica através de integrais no domínio e no contorno. Elementos de contorno quadráticos contínuos e descontínuos são utilizados e resultados são comparados com a literatura para diferentes condições de contorno. Análises de convergência são real
O documento descreve um projeto conceitual de uma aeronave não tripulada utilizando técnicas de otimização multidisciplinar. O trabalho analisa modelos existentes, propõe uma aeronave de referência e realiza estudos de otimização mono e multiobjetivo considerando variáveis de aerodinâmica, pesos, propulsão e desempenho. Os resultados geram superfícies de soluções para auxiliar no projeto preliminar da aeronave.
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre geração distribuída de energia solar fotovoltaica na cidade de Curitiba e região. O estudo simula cenários de inserção de sistemas fotovoltaicos distribuídos e analisa seus efeitos sobre as curvas de carga elétrica, redução do consumo de energia, redução de emissões de CO2 e aumento da capacidade do sistema elétrico. Os resultados indicam que a capacidade instalada ótima está entre 40,8 e 55,68 MWp, o
Este documento apresenta uma análise energética, exergética e termoeconômica de duas configurações de uma usina sucroalcooleira com processo de extração por difusão. A primeira configuração produz apenas álcool e a segunda expande a produção para álcool, açúcar e excedente de eletricidade. O trabalho realiza balanços energéticos e exergeticos dos equipamentos e avalia os custos de produção de cada caso.
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre estruturas hidráulicas utilizadas em reservatórios de controle de cheias na cidade de São Paulo. A dissertação analisa as principais estruturas como vertedores, galerias e dissipadores de energia e apresenta um estudo de caso no reservatório Aricanduva V.
Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre o desenvolvimento de um sistema de comunicação entre equipamentos industriais utilizando protocolos Modbus e TCP/IP. O objetivo é criar aplicações SCADA para monitorização e controlo, armazenando dados numa base de dados. Pretende-se monitorizar e armazenar o histórico de variáveis elétricas para estudos de redução de consumo energético.
Prosposta de trabalho para o mestrado ufrjEster Pires
Este documento propõe uma dissertação de mestrado sobre o aprimoramento de baterias para sistemas de propulsão elétrica utilizando grafeno. O objetivo é produzir e avaliar amostras de grafeno para testar suas propriedades de condutividade e melhorar a velocidade de carregamento e capacidade de armazenamento de energia das baterias. A metodologia inclui revisão bibliográfica, planejamento e execução de experimentos, modelagem, avaliação e publicação dos resultados.
Este documento apresenta uma proposta de metodologia para determinação dos parâmetros de máquinas síncronas pelo ensaio de resposta em frequência utilizando um inversor de frequência. O documento discute os modelos matemáticos e os tipos de ensaios realizados para determinação dos parâmetros, com ênfase no ensaio estático de resposta em frequência. A metodologia proposta é aplicada experimentalmente e os resultados são comparados com ensaios tradicionais.
Estudo e medicao do consumo de energia de algoritmos criptograficos do mi benchEdward David Moreno
1. O documento apresenta os resultados de um estudo sobre o consumo de energia de algoritmos criptográficos do benchmark MiBench usando quatro metodologias diferentes.
2. Foram analisados os algoritmos SHA, Blowfish e Rijndael (AES) usando medição de descarga de bateria, estimativa com características do processador, simulação no Sim-Panalyzer e medição experimental com osciloscópio.
3. Os principais resultados foram a caracterização do consumo energético dos algoritmos de acordo com o tamanho da chave c
Eletroacupuntura nas estrias atróficasShirley Dias
Este documento é uma revisão bibliográfica sobre o uso da eletroacupuntura no tratamento de estrias atróficas. A revisão descreve as características do tecido epitelial, o processo de reparação tecidual, as características das estrias atróficas e o uso da eletroterapia, especificamente a corrente galvânica e a eletroacupuntura, no tratamento das estrias. O objetivo é avaliar a eficácia da eletroacupuntura na restauração da apar
Semelhante a BARUZZI, F. Design conceitual de um Veículo Aéreo Não Tripulado movido a energia solar capaz de realizar voo contínuo (20)
Introdução ao GNSS Sistema Global de PosicionamentoGeraldoGouveia2
Este arquivo descreve sobre o GNSS - Globas NavigationSatellite System falando sobre os sistemas de satélites globais e explicando suas características
AE03 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL ENGENHARIA DA SUSTENTABILIDADE UNIC...Consultoria Acadêmica
Os termos "sustentabilidade" e "desenvolvimento sustentável" só ganharam repercussão mundial com a realização da Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e o Desenvolvimento (CNUMAD), conhecida como Rio 92. O encontro reuniu 179 representantes de países e estabeleceu de vez a pauta ambiental no cenário mundial. Outra mudança de paradigma foi a responsabilidade que os países desenvolvidos têm para um planeta mais sustentável, como planos de redução da emissão de poluentes e investimento de recursos para que os países pobres degradem menos. Atualmente, os termos
"sustentabilidade" e "desenvolvimento sustentável" fazem parte da agenda e do compromisso de todos os países e organizações que pensam no futuro e estão preocupados com a preservação da vida dos seres vivos.
Elaborado pelo professor, 2023.
Diante do contexto apresentado, assinale a alternativa correta sobre a definição de desenvolvimento sustentável:
ALTERNATIVAS
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro.
Desenvolvimento sustantável é o desenvolvimento que supre as necessidades momentâneas das pessoas.
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento incapaz de garantir o atendimento das necessidades da geração futura.
Desenvolvimento sustentável é um modelo de desenvolvimento econômico, social e político que esteja contraposto ao meio ambiente.
Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento capaz de suprir as necessidades da geração anterior, comprometendo a capacidade de atender às necessidades das futuras gerações.
Entre em contato conosco
54 99956-3050
Os nanomateriais são materiais com dimensões na escala nanométrica, apresentando propriedades únicas devido ao seu tamanho reduzido. Eles são amplamente explorados em áreas como eletrônica, medicina e energia, promovendo avanços tecnológicos e aplicações inovadoras.
Sobre os nanomateriais, analise as afirmativas a seguir:
-6
I. Os nanomateriais são aqueles que estão na escala manométrica, ou seja, 10 do metro.
II. O Fumo negro é um exemplo de nanomaterial.
III. Os nanotubos de carbono e o grafeno são exemplos de nanomateriais, e possuem apenas carbono emsua composição.
IV. O fulereno é um exemplo de nanomaterial que possuí carbono e silício em sua composição.
É correto o que se afirma em:
ALTERNATIVAS
I e II, apenas.
I, II e III, apenas.
I, II e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
Entre em contato conosco
54 99956-3050
AE03 - ESTUDO CONTEMPORÂNEO E TRANSVERSAL INDÚSTRIA E TRANSFORMAÇÃO DIGITAL ...Consultoria Acadêmica
“O processo de inovação envolve a geração de ideias para desenvolver projetos que podem ser testados e implementados na empresa, nesse sentido, uma empresa pode escolher entre inovação aberta ou inovação fechada” (Carvalho, 2024, p.17).
CARVALHO, Maria Fernanda Francelin. Estudo contemporâneo e transversal: indústria e transformação digital. Florianópolis, SC: Arqué, 2024.
Com base no exposto e nos conteúdos estudados na disciplina, analise as afirmativas a seguir:
I - A inovação aberta envolve a colaboração com outras empresas ou parceiros externos para impulsionar ainovação.
II – A inovação aberta é o modelo tradicional, em que a empresa conduz todo o processo internamente,desde pesquisa e desenvolvimento até a comercialização do produto.
III – A inovação fechada é realizada inteiramente com recursos internos da empresa, garantindo o sigilo dasinformações e conhecimento exclusivo para uso interno.
IV – O processo que envolve a colaboração com profissionais de outras empresas, reunindo diversasperspectivas e conhecimentos, trata-se de inovação fechada.
É correto o que se afirma em:
ALTERNATIVAS
I e II, apenas.
I e III, apenas.
I, III e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
Entre em contato conosco
54 99956-3050
O presente trabalho consiste em realizar um estudo de caso de um transportador horizontal contínuo com correia plana utilizado em uma empresa do ramo alimentício, a generalização é feita em reserva do setor, condições técnicas e culturais da organização
Se você possui smartphone há mais de 10 anos, talvez não tenha percebido que, no início da onda da
instalação de aplicativos para celulares, quando era instalado um novo aplicativo, ele não perguntava se
podia ter acesso às suas fotos, e-mails, lista de contatos, localização, informações de outros aplicativos
instalados, etc. Isso não significa que agora todos pedem autorização de tudo, mas percebe-se que os
próprios sistemas operacionais (atualmente conhecidos como Android da Google ou IOS da Apple) têm
aumentado a camada de segurança quando algum aplicativo tenta acessar os seus dados, abrindo uma
janela e solicitando sua autorização.
CASTRO, Sílvio. Tecnologia. Formação Sociocultural e Ética II. Unicesumar: Maringá, 2024.
Considerando o exposto, analise as asserções a seguir e assinale a que descreve corretamente.
ALTERNATIVAS
I, apenas.
I e III, apenas.
II e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
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Estruturas de Madeiras: Dimensionamento e formas de classificaçãocaduelaia
Apresentação completa sobre origem da madeira até os critérios de dimensionamento de acordo com as normas de mercado. Nesse material tem as formas e regras de dimensionamento
Estruturas de Madeiras: Dimensionamento e formas de classificação
BARUZZI, F. Design conceitual de um Veículo Aéreo Não Tripulado movido a energia solar capaz de realizar voo contínuo
1. UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE
ESCOLA DE ENGENHARIA
ENGENHARIA MECÂNICA
FILIPE ANDRADE BARUZZI
DESIGN CONCEITUAL DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO MOVIDO A
ENERGIA SOLAR CAPAZ DE REALIZAR VOO CONTÍNUO
São Paulo - SP
2016
2. FILIPE ANDADE BARUZZI
DESIGN CONCEITUAL DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO MOVIDO A
ENERGIA SOLAR CAPAZ DE REALIZAR VOO CONTÍNUO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
curso de Engenharia Mecânica da Escola de
Engenharia da Universidade Presbiteriana
Mackenzie, como requisito parcial para a obtenção
do Título de Engenheiro Mecânico.
ORIENTADOR: PROF. DR. EDVALDO ANGELO
São Paulo - SP
2016
3. Ao meu pai José Octávio (in memoriam),
minha homenagem especial.
Dedico este trabalho aos meus pais. Mãe, Ana
Cristina, a quem muito me ensina e me inspira com
seu exemplo de conquistas e trabalhos, obrigado,
promoveu sozinha toda minha formação. Pai, que
mesmo em sua eterna ausência, ecoam seus
ensinamentos e exemplos que me moldam e
acompanham.
4. AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Edvaldo Angelo, pela confiança, presteza, apoio e generosidade em compartilhar
seus conhecimentos no decorrer do trabalho. Obrigado, seu exemplo de professor é o maior
dentre os aprendizados que me forneceu.
A todos os professores da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie.
Sempre dedicados e cuidadosos para que seus ensinamentos fossem propagados da melhor
maneira, obrigado.
À Prof.ª Dr. ª Ana Cristina Oliveira Andrade, minha mãe, quem sempre me apoia e inspira com
exemplo de trabalho, dedicação e amor. Não há agradecimento que possa ser textualizado, meu
eterno obrigado por tudo o que proporcionou ao longo de toda minha formação.
Ao Prof. Dr. Roberto Badaró, meu padrasto, a quem me inspira, ensina e guia: mostrou na
engenharia um bom caminho para mim, mesmo com tantas boas influências para a medicina.
Ao Dr. Antônio Cláudio do Amaral Baruzzi, meu tio, quem espelho com seu exemplo de
trabalho: me ensinou a buscar sempre no estudo e dedicação os caminhos para o sucesso.
Aos meus irmãos, Amanda e Diogo, pelo apoio e paciência na convivência à distância em meus
estudos em outro estado, e pelos momentos de intensa alegria em nossos raros encontros.
Aos meus avós, que, a suas maneiras, me forneceram importantes exemplos de trajetórias de
vida.
Aos meus tios e tias, que sempre ensinaram e me acolheram como um filho, com seus bons
conselhos e exemplos.
Aos meus primos e primas, sempre promovendo momentos de alegria em nossos encontros.
À Nicole Duzzi, por todo apoio, paciência e companheirismo ao longo do trabalho.
Ao José Genario Oliveira Júnior, por todo apoio e amizade.
Aos meus poucos amigos, que provam para mim a máxima de que devemos buscar amigos
como bons livros: são de pouca quantidade, porém ótima companhia e conteúdo.
5. “Quem é rico em sonhos não envelhece nunca.
Pode até ser que morra de repente. Mas morrerá
em pleno voo...”
(Rubem Alves)
6. RESUMO
Este trabalho realiza o design conceitual de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) com
células fotovoltaicas em suas asas de modo a gerar sua própria energia e possuir a capacidade
de permanecer em voo continuamente. É embarcado com câmera desenvolvida para VANTs,
de modo que sua principal aplicação é de captura de imagens em missões de variadas
aplicações. O projeto conceitual foi realizado utilizando critérios de eficiência e baixo custo, de
modo a obter uma aeronave de grande autonomia, com a capacidade de monitorar territórios de
quaisquer dimensões do Brasil. O trabalho utiliza uma adaptação da metodologia proposta na
literatura técnica e seu resultado é de uma aeronave autossuficiente energeticamente, com 3,44
metros de envergadura, painéis solares na asa totalizando 120 W de potência, e estimativa total
de massa da aeronave em 2,536 kg. Entre os parâmetros avaliados para o dimensionamento
preliminar da aeronave estão a massa total, o consumo energético da carga transportada, o
sistema de aviônicos, a altitude máxima de operação, a irradiância global do local de voo por
localização e época do ano, os coeficientes aerodinâmicos para asa finita, a densidade
energética das baterias, as células fotovoltaicas, o Maximum Power Point Tracker e o sistema
de propulsão. O resultado é um projeto preliminar de um VANT solar relativamente leve e com
elevada autonomia de voo.
Palavras-chave: Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT). Célula Fotovoltaica. Aeronave
Sustentável. Movido a Energia Solar. Voo Contínuo.
7. ABSTRACT
This work carries out the conceptual design of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) with
photovoltaic cells on its wings to generate their own power and have the ability to stay in flight
continuously. It is shipped with camera developed for UAVs, so that its main application is to
capture pictures on the varied applications missions. The conceptual design was performed
using criteria of efficiency and low cost in order to get an aircraft long endurance, with the
ability to monitor territories of any size in Brazil. The work uses a methodology of the technical
literature with some proposed adjustment, and its result is a self-sufficient energy aircraft, with
3.44 meters of wingspan, solar panels on the wing totaling 120 W of power, and total mass
estimated in 2.536 kg. Among the parameters evaluated for the preliminary design of the aircraft
is the total mass, energy consumption of the load, the avionics system, the maximum altitude
operation, the global irradiance, flight location and time of the year, the aerodynamic
coefficients for finite wing, the energy density of batteries, photovoltaic cells, the Maximum
Power Point Tracker and the propulsion system. The result is a preliminary design of a relatively
light solar UAV with high flight range.
Keywords: Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Photovoltaic Cell. Sustainable Aircraft. Moved
by Solar Energy. Continuous flight.
8. LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Desenho 1 – Projeto de balão não tripulado.............................................................................32
Fotografia 1 – Curtiss N-9 (acima) e o Kettering Bug (abaixo)...............................................33
Desenho 2 – Detalhes do Firebee .............................................................................................34
Fotografia 2 – Modelo do Compass Arrow..............................................................................34
Fotografia 3 – MQ-9 Reaper taxiando em base militar............................................................35
Fotografia 4 – BQM-1BR exposto no Museu Asas de um Sonho da TAM Linhas Aéreas.....36
Fotografia 5 – Yamaha Rmax realizando pulverização agrícola..............................................37
Fotografia 6 – Quadcóptero Phanton 3.....................................................................................38
Fotografia 7 – Engenheiros da ETH e os protótipos do Atlantik-Solar ...................................40
Desenho 3 – VANTs tipo HALE e sua altitude de operação ...................................................41
Fotografia 8 – VANT solar Aquila, desenvolvido pelo Facebook...........................................42
Desenho 4 – Titan, VANT tipo HALE da Alphabet ................................................................42
Fotografia 9 – NASA Helios em ensaio de voo .......................................................................43
Fotografia 10 – Boeign SolarEagle em voo..............................................................................44
Esquema 1 – Sequência didática da teoria aerodinâmica básica..............................................45
Esquema 2 – Classificação inicial das aeronaves.....................................................................46
Desenho 5 – Principais componentes dos aviões .....................................................................47
Desenho 6 – Tipos de fuselagem..............................................................................................48
Fotografia 11 – Classificação das asas quanto a quantidade de pares......................................49
Desenho 7 – Elementos estruturais da asa................................................................................51
Desenho 8 – Formas geométricas das asas em planta ..............................................................52
Desenho 9 – Nomenclatura dos componentes de um perfil aerodinâmico ..............................53
Desenho 10 – Nomenclatura das cordas na asa em planta .......................................................54
Desenho 11 – Progressão básica no desenvolvimento de um perfil assimétrico......................55
Esquema 3 – Séries de perfis NACA e suas nomenclaturas.....................................................56
Desenho 12 – Componentes da empenagem............................................................................57
Desenho 13 – Tipos de empenagens ........................................................................................58
Desenho 14 – Tipos de trem de pouso......................................................................................59
Desenho 15 – Principais componentes do grupo motopropulsor .............................................59
Fotografia 12 – Motor elétrico desenvolvido pela Siemens.....................................................60
9. Desenho 16 – Nomenclatura da posição do motor em relação ao sentido de movimento da
aeronave....................................................................................................................................61
Desenho 17 – Passo da hélice de uma aeronave.......................................................................62
Desenho 18 – Tipos de hélices conforme o passo....................................................................63
Desenho 19 – Os dois sistemas de coordenadas aeronáuticas..................................................64
Desenho 20 – Sistema de coordenadas fixas e movimentos aeronáuticos ...............................65
Desenho 21 – Exemplo de ação do profundor no movimento de arfagem ..............................66
Desenho 22 – Forças aerodinâmicas devido à pressão (esquerdo) e tensão de cisalhamento
(direito) numa superfície exposta a um escoamento de fluido .................................................66
Desenho 23 – Forças de sustentação, arrasto e resultante aerodinâmica..................................67
Desenho 24 – Momento torsor em um quarto da corda do perfil.............................................68
Desenho 25 – Obtenção do centro aerodinâmico a partir de um quarto da corda de um perfil
genérico ....................................................................................................................................75
Desenho 26 – Vórtices nas pontas das asas..............................................................................76
Desenho 27 – Efeito downwash em asas finitas.......................................................................77
Esquema 4 – Etapas gerais do desenvolvimento de aeronaves ................................................86
Esquema 5 – Balanço de massa e energia na metodologia utilizada.......................................87
Desenho 28 – Ângulo de incidência dos raios solares nas células fotovoltaicas ao longo do
perfil da asa...............................................................................................................................92
Esquema 6 – Representação da metodologia para design conceitual de uma aeronave solar 106
Desenho 29 – Câmera Tetracam ADC Snap ..........................................................................111
Desenho 30 – A exposição solar do polo norte em diferentes meses.....................................114
Desenho 31 – Perfil SD7032 gerado com 244 pontos utilizando software XFLR5®............118
Fotografia 13 – MPPT utilizado na aeronave Sky-sailor .......................................................133
Fluxograma 1 – Metodologia para seleção da combinação ótima entre motor, redutor e hélice
................................................................................................................................................146
Desenho 33 – Motor Maxon número 405795 selecionado para o VANT solar.....................150
Fotografia 14 – Controlador eletrônica da Maxon Motor, número de série 446925..............150
Desenho 34 – Alguns componentes do sistema de aviônicos do VANT solar AtlantikSolar 153
Desenho 35 – Mapa da região de voo contínuo em todo o ano do VANT solar....................162
Desenho 36 – Representação do VANT solar estudado realizando coleta de dados para
agricultura de precisão em lavoura de cana-de-açúcar...........................................................170
Desenho 37 – VANT solar em estudo realizando aquisição de dados para agricultura de
precisão em plantação de cana-de-açúcar...............................................................................171
10. LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Relação massa versus potência do grupo motopropulsor para aeronave SkySailor,
levando em consideração duas condições distintas de decolagem.........................................105
Tabela 2 – Características do sistema de captura de imagem ................................................110
Tabela 3 – Parâmetros de altitude para design conceitual do VANT.....................................111
Tabela 4 – Parâmetros relacionados com a missão da aeronave ............................................115
Tabela 5 – Número de Reynolds e respectivo comprimento de corda do perfil ....................120
Tabela 6 – Variação de 𝐶𝑙 𝑣𝑠 𝛼 do perfil SD7032 para Re de 110.000.................................123
Tabela 7 – Comparativo de baterias com alta densidade energética ......................................130
Tabela 8 – Comparativo células fotovoltaicas........................................................................132
Tabela 9 – Características do MPPT. .....................................................................................134
Tabela 10 – Motores da Maxon Motor selecionados para análise .........................................141
Tabela 11 – Tabela com os parâmetros para combinação ótima entre motor, redutor e hélice
................................................................................................................................................148
Tabela 12 – Relação de massa no sistema propulsor..............................................................151
Tabela 13 – Parâmetros referente à massa estrutural da aeronave .........................................152
Tabela 14 – Massa e potência dos componentes do sistema de aviônicos da aeronave Sky-
Sailor.......................................................................................................................................153
Tabela 15 – Parâmetros relacionados com a tecnologia.........................................................154
Tabela 16 – Aplicação da metodologia para cidades brasileiras de latitudes altas ................161
Tabela 17 – Configuração ótima entre motor, redutor e hélice para o motor 28 supondo voo de
10,1 m/s e força de arrasto de 0,733 N...................................................................................165
Tabela 18 – Síntese dos resultados do design conceitual do VANT movido a energia solar 172
Tabela 19 - Seleção de componentes para design conceitual de VANT solar .......................172
Tabela 20 – Coordenadas de 61 pontos do perfil Selig-Donovan 7032 .................................183
11. LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Altura das asas, vantagens e desvantagens............................................................50
Quadro 2 – Posições das empenagens na aeronave..................................................................57
Quadro 3 – Posições do propulsor na aeronave........................................................................61
Quadro 4 – Aeronaves selecionadas para escolha dos coeficientes aerodinâmicos preliminares
................................................................................................................................................117
12. LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Aplicações civis para VANTs...............................................................................38
Gráfico 2 – Coeficiente de sustentação versus ângulo de ataque de perfil genérico................71
Gráfico 3 – Coeficiente de momento versus alpha para um perfil genérico ............................72
Gráfico 4 – Coeficiente de arrasto versus alpha para um perfil genérico.................................72
Gráfico 5 – Coeficiente de sustentação versus número de Mach para um perfil genérico.......73
Gráfico 6 – Coeficiente de arrasto versus número de Mach para um perfil genérico ..............74
Gráfico 7 – Fator de arrasto induzido em função do afilamento para asas de diferentes razões
de aspecto .................................................................................................................................80
Gráfico 8 – Obtenção da relação de área molhada e área da forma plana da asa para diferentes
tipos de aeronaves.....................................................................................................................82
Gráfico 9 – Coeficiente de atrito na superfície em função do número de Reynolds baseado na
corda média...............................................................................................................................83
Gráfico 10 – Polar de arrasto de uma aeronave........................................................................84
Gráfico 11 – Ponto de design da aeronave ...............................................................................85
Gráfico 12 – Exemplo da comparação do modelo de irradiância de forma trigonométrica e
polinomial.................................................................................................................................91
Gráfico 13 – Análise da tendência do peso estrutural em relação à área de asa para planadores
radio-controlados e com humanos embarcados........................................................................93
Gráfico 14 – Grande Diagrama de voo e as curvas de tendência de Noth (2008) e Tennekes
(1992) .......................................................................................................................................96
Gráfico 15 – Relação entre massa e potência em MPPTs de alta eficiência............................98
Gráfico 16 – Relação entre massa e potência de motores elétricos........................................100
Gráfico 17 – Relação entre potência e eficiência em motores elétricos.................................100
Gráfico 18 – Relação entre massa e potência em caixas de transmissão ...............................101
Gráfico 19 – Relação entre redução e eficiência em caixas de transmissão...........................102
Gráfico 20 – Relação massa e potência de controladores eletrônicos tipo brushless.............103
Gráfico 21 – Relação massa versus potência de aeronaves civis e VANTs solares...............104
Gráfico 22 – Evolução da massa específica e preço das baterias de íon-lítio utilizadas em
projetos de aeronaves movidas a energia solar ao longo dos anos.........................................116
Gráfico 23 – Coeficientes aerodinâmicos de VANTs solares ................................................117
13. Gráfico 24 – Curva de 𝐶𝑙 𝑣𝑠 𝛼 do perfil SD7032, simulada no software XFLR5 para
diferentes números de Reynolds.............................................................................................122
Gráfico 25 – Curva de 𝐶𝑙𝐶𝑑 𝑣𝑠 𝛼 do perfil SD7032, simulada no software XFLR5 para
Reynolds de 110.000 ..............................................................................................................125
Gráfico 26 – Evolução da razão de aspecto de aeronaves movidas a energia solar, aeronaves
movidas a combustão e planadores ao longo dos anos...........................................................126
Gráfico 27 – Variação do empuxo em relação a velocidade da aeronave e da rotação no eixo
da hélice..................................................................................................................................135
Gráfico 28 – Variação da potência absorvida pelo fluido em relação a velocidade da aeronave
e da rotação no eixo da hélice.................................................................................................136
Gráfico 29 – Variação da eficiência em relação a velocidade da aeronave e da rotação no eixo
da hélice..................................................................................................................................136
Gráfico 30 Variação do rendimento global com mudança de relação de transmissão...........149
Gráfico 31 – Irradiação média anual para o município de Santa Vitória do Palmar (RS),
utilizando o software Radiasol 2® desenvolvido pela UFRGS .............................................156
Gráfico 32 – Irradiância global média em junho no município de Santa Vitória do Palmar
(RS), utilizando o software Radiasol 2® desenvolvido pela UFRGS....................................157
Gráfico 33 – Influência da energia solar, energia requerida e capacidade da bateria. Onde: (a)
voo contínuo não é possível, é calculado a autonomia máxima, (b) Voo contínuo é possível, o
e o tempo extra de voo é calculado.........................................................................................159
Gráfico 34 – Força de arrasto em voo de cruzeiro em relação a envergadura da asa para
diferentes razões de aspecto ...................................................................................................163
Gráfico 35 – Variação da velocidade de cruzeiro em relação a envergadura da asa para
diferentes razões de aspecto ...................................................................................................164
Gráfico 36 – Potência da hélice em relação a envergadura da asa para diferentes razões de
aspecto ....................................................................................................................................164
Gráfico 37 – Área em planta da asa em relação a sua envergadura para diferentes razões de
aspecto ....................................................................................................................................165
Gráfico 38 – Variação da porcentagem de célula fotovoltaica na asa em relação à variação da
envergadura para diferentes razões de aspecto.......................................................................166
Gráfico 39 – Massa total do VANT solar em relação a envergadura da asa para diferentes
razões de aspecto ....................................................................................................................167
Gráfico 40 – Distribuição de massa dentre os componentes da aeronave para diferentes
envergaduras de asa................................................................................................................168
14. Gráfico 41 - Curva de C_l vs α do perfil SD7032, simulada no software XFLR5® para
diferentes números de Reynolds.............................................................................................184
15. LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AD Altitude Densidade
AP Agricultura de Precisão
APA Área de Proteção Ambiental
BEC Battery Eliminator Circuit
CTA Centro Tecnológico de Aeronáutica
DC Direct Current
ETH Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
EUA Estados Unidos da América
HALE High Altitude Long Endurance
GPS Global Positioning System
IMU Inertial Measurement Unit
ISA International Standard Atmosphere
ISR Intelligence, Surveillance and Reconnaissance
MIT Massachusets Institute of Technolgy
MPPT Maximum Power Point Tracker
NACA National Advisory Committee for Aeronautics
NASA National Aeronautics and Space Administration
PR Paraná
RGB Red, Green, Blue
RS Rio Grande do Sul
SAE Society of Automotive Engineers
SD Selig-Donovan
SI Sistema Internacional de Unidades
SIG Sistemas de Informações Geográficas
SP São Paulo
SR Sensoriamento Remoto
TAM Transportes Aéreos Marília
UAV Unmanned Aerial Vehicle
UC Unidade de Conservação
UCAVs Unnmaned Combat Air Vehicles
UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul
16. VANT Veículo Aéreo Não Tripulado
ZCVCA Zona de Cautela para Voo Contínuo Anual
17. LISTA DE SÍMBOLOS
b Envergadura
𝑣𝑐𝑟 Velocidade de cruzeiro
Ʌ Enflechamento
cr Corda na raiz
ct Corda na ponta
λ Afilamento
c Corda
t Espessura do perfil
s Superfície
p Força devido à pressão
τ Força devido ao cisalhamento
V∞ Vento relativo
α Ângulo de ataque
R Resultante aerodinâmico
L Força de sustentação
D Força de arrasto
n Vetor normal à superfície
k Vetor tangente à superfície
𝑀𝑐/4 Momento torsor em ¼ da corda
CP Centro de pressão
𝜌∞ Densidade do fluido
𝜇∞ Viscosidade dinâmica do fluido
ν Viscosidade cinemática do fluido
𝑎∞ Compressibilidade do fluido
𝐶𝐿 Coeficiente de sustentação da asa
𝐶 𝐷 Coeficiente de arrasto da asa
𝐶 𝑀 Coeficiente de momento da asa
𝑞∞ Pressão dinâmica
𝑅𝑒 Número de Reynolds
𝑀∞ Número de Mach
𝑆 𝑤𝑒𝑡 Área molhada
18. 𝐶𝑙 Coeficiente de sustentação do perfil
𝐶 𝑑 Coeficiente de arrasto do perfil
𝐶 𝑚 Coeficiente de momento do perfil
𝑎0 Coeficiente angular da curva do coeficiente de sustentação do perfil versus
ângulo de ataque
∝𝑙=0 Ângulo de ataque para sustentação nula
(𝐶𝑙) 𝑚𝑎𝑥 Coeficiente de sustentação máximo
𝑚0 Coeficiente angular da curva do coeficiente de momento versus ângulo de
ataque
(𝐶 𝑑) 𝑚𝑖𝑛 Coeficiente de arrasto para perfil mínimo
a.c. Centro aerodinâmico do perfil
𝑥 𝑎.𝑐. Cota em relação ao centro aerodinâmico do perfil
AR Razão de aspecto
S Forma plana da asa
𝛼𝑖 Ângulo de incidência
𝛼 𝑒𝑓𝑓 Ângulo de ataque efetivo
𝛼 𝑔 Ângulo de ataque geométrico
a Coeficiente angular da curva do coeficiente de sustentação da asa versus
ângulo de ataque
𝑒 Fator de eficiência de envergadura
𝐶 𝑁 Coeficiente de força normal
l Comprimento da asa em delta
𝐶𝑓 Coeficiente de atrito na superfície molhada
𝐶 𝑑.𝑝 Coeficiente de arrasto devido à pressão causada pela separação do
escoamento
𝐶 𝐷 𝑖
Coeficiente de arrasto induzido
δ Fator de arrasto induzido
W Peso da aeronave
𝐶 𝐷0
Coeficiente de arrasto parasita para sustentação nula
𝐶 𝐷,𝑒 Arrasto parasita
𝐶 𝐷,𝑤 Arrasto da onda de choque
K Constate de proporcionalidade no cálculo das parcelas dos arrastos
19. 𝐶 𝐷,𝑒,0 Arrasto parasita para sustentação nula
𝐶 𝐷,𝑤,0 Arrasto da onda de choque para sustentação nula
𝐴𝑖 Variável genérica utilizada na metodologia
V Velocidade
T Empuxo
𝑚 Massa
𝑔 Aceleração da gravidade local
𝑃𝑙𝑒𝑣 Potência para voo reto e nivelado
𝑃𝑒𝑙𝑒𝑐 𝑡𝑜𝑡 Potência elétrica total consumida
𝜂 𝑚𝑜𝑡 Eficiência do motor
𝜂 𝑐𝑡𝑟𝑙 Eficiência do controlador eletrônico
𝜂 𝑔𝑟𝑏 Eficiência da caixa de transmissão
𝜂 𝑝𝑙𝑟 Eficiência da hélice
𝜂 𝐵𝐸𝐶 Eficiência do battery eliminator circuit
𝑃𝑎𝑣 Potência consumida pelos sistemas aviônicos
𝑃𝑝𝑙𝑑 Potência consumida pela carga útil
𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐 𝑡𝑜𝑡 Energia diária requerida
𝜂 𝑐ℎ𝑟𝑑 Eficiência de carga da bateria
𝜂 𝑑𝑐ℎ𝑟𝑑 Eficiência de descarga da bateria
𝑇𝑑𝑎𝑦 Horas de irradiância solar em um dia
𝑇𝑛𝑖𝑔ℎ𝑡 Horas sem irradiância solar em um dia
𝐼 𝑚𝑎𝑥 Irradiância máxima
𝐸 𝑑𝑎𝑦 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦Energia solar diária por metro quadrado
𝜂 𝑤𝑡ℎ𝑟 Fator de margem de irradiância
𝐴 𝑆𝐶 Área da superfície das células fotovoltaicas
𝜂 𝑆𝐶 Eficiência das células fotovoltaicas
𝜂 𝑀𝑃𝑃𝑇 Eficiência do Maximum Power Point Tracker
θ Ângulo de incidência da irradiância solar nas células fotovoltaicas
𝜃1 Menor ângulo de incidência da irradiância solar nas células fotovoltaicas
𝜂 𝑐𝑏𝑟 Eficiência da curvatura
𝑚 𝑓𝑖𝑥𝑒𝑑 Massas fixas na aeronave
𝑚 𝑝𝑙𝑑 Massa da carga útil
20. 𝑚 𝑎𝑣 Massa do sistema de aviônicos
𝑊𝑎𝑓 Peso dos planadores analisados
𝑀 𝑎𝑓 Massa dos planadores analisados
𝑘 𝑎𝑓 Constante da massa estrutural
𝑥1 Expoente da envergadura na massa estrutural
𝑥2 Expoente da razão de aspecto na massa estrutural
𝑚 𝑆𝐶 Massa das células fotovoltaicas
𝑘 𝑆𝐶 Densidades de área das células fotovoltaicas
𝑘 𝑒𝑛𝑐 Densidades de área de encapsulamento
𝑘 𝑚𝑝𝑝𝑡 Relação entre massa e potência do Maximum Power Point Tracker
𝑚 𝑀𝑃𝑃𝑇 Massa do Maximum Power Point Tracker
𝜂 𝑀𝑃𝑃𝑇 𝑑𝑐𝑑𝑐 Rendimento da conversão de corrente contínua para corrente alternada
𝜂 𝑀𝑃𝑃𝑇 𝑎𝑙𝑔𝑜 Rendimento do algoritmo de rastreamento
𝑚 𝑏𝑎𝑡𝑡 Massa da bateria
𝑘 𝑏𝑎𝑡 Densidade energética gravimétrica da bateria
𝑚 𝑚𝑜𝑡 Massa do motor de corrente contínua
𝑃𝑝𝑙𝑟 Potência desenvolvida pelas hélices
𝑘 𝑚𝑜𝑡 Relação entre massa e potência do motor de corrente contínua
𝑘 𝑝𝑟𝑜𝑝 Relação entre massa e potência do grupo motopropulsor
𝑚 𝑝𝑟𝑜𝑝 Massa do grupo motopropulsor
m Massa total da aeronave
H Altitude máxima de operação
Z Altitude geopotencial
E Raio da Terra
𝑇 𝐾 Temperatura do ar
𝑇0 Temperatura padrão do ar ao nível do mar
L Fator linear de queda de temperatura
𝑙 𝑤𝑒𝑡 Comprimento de um perfil bidimensional
𝑃𝑚 Relação entre potência e massa na célula fotovoltaica
𝑃𝐴 Relação entre potência e área na célula fotovoltaica
𝑃𝑈𝐴𝑉 Índice de performance da célula fotovoltaica
F Densidade de empacotamento
21. 𝜂 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 Rendimento global
𝑛 𝑝𝑙𝑟 Rotação da hélice
U Voltagem
𝑀𝑒𝑚 Momento eletromagnético
i Corrente elétrica
𝑟𝑎 Resistência terminal
𝑘 𝑚 Constante de torque
𝑤 𝑚𝑜𝑡 Velocidade angular de rotação do eixo do motor
𝑘 𝑢 Constante de voltagem
𝑘 𝑛 Constante da velocidade
𝑀 𝑚𝑜𝑡 Momento efetivo do motor
𝑀 𝑅 Momento de fricção do motor
𝑖0 No Load Current
r Redução
𝑃 𝑚𝑜𝑡 Potência de saída do motor
𝑤 𝑝𝑙𝑟 Velocidade angular da hélice
𝑀 𝑝𝑙𝑟 Torque no eixo da hélice
𝑃 𝑚𝑜𝑡 𝑚𝑎𝑥
Potência máxima do motor
𝑀 𝑚𝑜𝑡 𝑚𝑎𝑥
Torque máximo do motor
𝑇 𝑚𝑖𝑛 Empuxo mínimo
𝑛 𝑝𝑙𝑟 𝑚𝑖𝑛
Rotação mínima da hélice
𝑛 𝑝𝑙𝑟 𝑚𝑎𝑥
Rotação máxima da hélice
𝜂 𝑒𝑛𝑔 Rendimento do par de engrenagens
𝜂 𝑚𝑎𝑛 Rendimento do par de mancais
𝑁𝑒𝑛𝑔 Número de pares de engrenagens no redutor
I Corrente elétrica total consumida pelo motor
𝑃 𝑚𝑜𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡
Potência na entrada no motor
𝑈ó𝑡𝑖𝑚𝑜 Voltagem ótima que o motor deve estar submetido
𝑟ó𝑡𝑖𝑚𝑜 Relação de transmissão ótima para o redutor
𝑛 𝑝𝑙𝑟ó𝑡𝑖𝑚𝑜
Rotação ótima da hélice
𝐸 𝑏𝑎𝑡 Capacidade da bateria
22. SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................27
1.1 OBJETIVOS..............................................................................................................27
1.1.1 Objetivo geral...........................................................................................................27
1.1.2 Objetivos específicos................................................................................................28
1.2 JUSTIFICATIVA......................................................................................................28
1.3 METODOLOGIA......................................................................................................28
1.4 MOTIVAÇÃO...........................................................................................................29
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO..............................................................................29
2 REVISÃO DE LITERATURA...............................................................................31
2.1 O VANT ....................................................................................................................31
2.2 O VANT EM APLICAÇÕES CIVIS ........................................................................36
2.3 VANTS MOVIDOS A ENERGIA SOLAR..............................................................39
3 BREVE INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE AERONAVES...........................45
3.1 CONCEITOS E NOMENCLATURAS ....................................................................45
3.1.1 Fuselagem.................................................................................................................47
3.1.2 Asas ...........................................................................................................................48
3.1.2.1 Quantidade de asas ....................................................................................................48
3.1.2.2 Fixação na fuselagem ................................................................................................49
3.1.2.3 Estrutura das asas.......................................................................................................50
3.1.2.4 Formas geométricas das asas em planta ....................................................................51
3.1.2.5 O perfil da asa............................................................................................................53
3.1.2.6 Nomenclatura dos perfis e suas famílias ...................................................................54
3.1.3 Empenagem..............................................................................................................56
3.1.4 Trem de pouso..........................................................................................................58
3.1.5 Grupo motopropulsor .............................................................................................59
23. 3.1.5.1 Motores......................................................................................................................60
3.1.5.2 Posicionamento do grupo motopropulsor..................................................................60
3.1.5.3 Hélices .......................................................................................................................62
3.1.6 Sistema de coordenadas utilizado na indústria aeronáutica ...............................63
3.1.6.1 Movimentos da aeronave em voo..............................................................................64
3.1.6.2 Superfícies de controle ..............................................................................................65
3.2 ESTUDO AERODINÂMICO DOS PERFIS............................................................66
3.2.1 Força de sustentação, arrasto e momentos............................................................67
3.2.2 Coeficientes aerodinâmicos.....................................................................................68
3.2.3 Curvas características de um perfil .......................................................................70
3.2.4 Centro aerodinâmico do perfil ...............................................................................74
3.3 ESTUDO AERODINÂMICO DE ASAS FINITAS .................................................75
3.3.1 Força de sustentação para uma asa finita .............................................................75
3.3.2 Força de arrasto para uma asa finita ....................................................................78
3.4 POLAR DE ARRASTO............................................................................................81
4 METODOLOGIA PARA DESENVOLVIMENTO DE UM VANT ..................86
4.1 ENERGIA DIÁRIA REQUERIDA ..........................................................................88
4.1.1 Energia para voo reto e nivelado ...........................................................................88
4.1.2 Cálculo da Energia Diária Requerida ...................................................................89
4.2 ENERGIA DIÁRIA OBTIDA ..................................................................................90
4.2.1 Modelo de irradiância .............................................................................................90
4.2.2 Cálculo da energia solar diária ..............................................................................91
4.3 MODELOS DE PREVISÃO DE MASSA................................................................92
4.3.1 Massas fixas..............................................................................................................92
4.3.2 Massa da estrutura da aeronave ............................................................................93
4.3.3 Massa das células fotovoltaicas ..............................................................................97
4.3.4 Massa do Maximum Power Point Tracker .............................................................97
24. 4.3.5 Massa das baterias...................................................................................................99
4.3.6 Grupo motopropulsor .............................................................................................99
4.3.6.1 Motores elétricos .......................................................................................................99
4.3.6.2 Caixa de transmissão ...............................................................................................101
4.3.6.3 Controlador eletrônico.............................................................................................102
4.3.6.4 Hélices .....................................................................................................................103
4.3.6.5 Adaptações necessárias para condições de decolagem............................................104
4.4 RESOLUÇÃO DOS BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA ..............................105
5 DESIGN CONCEITUAL DE VANT MOVIDO A ENERGIA SOLAR ..........109
5.1 MISSÃO DA AERONAVE ....................................................................................109
5.2 PARÂMETROS REFERENTES À MISSÃO ........................................................109
5.2.1 Carga transportada e seu consumo energético...................................................110
5.2.2 Altitude máxima de operação...............................................................................111
5.2.3 Densidade do ar .....................................................................................................112
5.2.4 Modelo de incidência solar e duração do dia ......................................................113
5.3 PARÂMETROS RELACIONADOS À TECNOLOGIA .......................................115
5.3.1 Coeficientes aerodinâmicos preliminares............................................................116
5.3.2 Densidade enérgica das baterias ..........................................................................129
5.3.3 Células fotovoltaicas..............................................................................................131
5.3.4 Parâmetros relacionados ao MPPT .....................................................................133
5.3.5 Sistema de propulsão.............................................................................................134
5.3.5.1 Hélice.......................................................................................................................134
5.3.5.2 Comportamento matemático de motores elétricos de corrente contínua.................137
5.3.5.3 Metodologia para obtenção da melhor combinação entre motor, redutor e hélice..140
5.3.5.3.1 Determinação da faixa de rotação da hélice ..........................................................141
5.3.5.3.2 Determinação das potências e rendimentos da hélice ............................................142
5.3.5.3.3 Relação de transmissão do redutor e sua eficiência energética .............................142
25. 5.3.5.3.4 Cálculo dos parâmetros do motor...........................................................................143
5.3.5.3.5 Cálculo do rendimento global e armazenamento de seu melhor resultado ............145
5.3.5.3.6 Diagrama de blocos da metodologia do sistema motopropulsor............................145
5.3.5.3.7 Resultados da escolha da combinação ótima entre motor, redutor e hélice...........147
5.3.5.4 Controlador eletrônico.............................................................................................150
5.3.5.5 Relação entre massa e potência do grupo propulsor................................................151
5.3.6 Massa estrutural da aeronave ..............................................................................152
5.3.7 Massa do grupo do sistema de aviônicos .............................................................152
5.3.8 Síntese dos parâmetros relacionados com a tecnologia......................................154
5.4 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA DO DESIGN CONCEITUAL ....................155
5.4.1 Estudo da região mais crítica para voo contínuo................................................155
5.4.2 Fator de margem de irradiância ..........................................................................157
5.4.3 Resultados da primeira aplicação da metodologia .............................................158
5.4.4 Região brasileira que VANT solar pode realizar voo contínuo anualmente ...160
5.4.5 Determinação das dimensões do VANT movido a energia solar ......................162
5.4.6 Resultado do Design Conceitual de VANT solar................................................169
6 CONCLUSÕES......................................................................................................173
7 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................175
REFERÊNCIAS ....................................................................................................176
APÊNDICE 1 .........................................................................................................183
APÊNDICE 2 .........................................................................................................184
ANEXO 1................................................................................................................185
ANEXO 2................................................................................................................187
ANEXO 3................................................................................................................189
ANEXO 4................................................................................................................191
ANEXO 5................................................................................................................192
ANEXO 6................................................................................................................193
27. 27
1 INTRODUÇÃO
O Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) é uma tecnologia em constante
evolução. Como o nome sugere, consiste em toda aeronave que não possui um humano
embarcado. Tal característica atribui diversas vantagens à aeronave: desde a economia de
espaço destinado ao alojamento de humano, assim como na interface para seu controle, até a
segurança em não expor ao risco vidas quando o VANT for designado para atuar em missões
consideradas perigosas. Não possuindo um ser vivo, é possível também atribuir missões de
maior duração, pois não há necessidade de retorno para obtenção de suprimentos. Essas
características únicas dos VANTs fomenta o seu desenvolvimento a fim de possibilitar o
cumprimento dessas missões. A autonomia é um fator ainda limitante na utilização dessas
aeronaves. Existem duas tecnologias predominantes para a propulsão dos VANTs: a combustão
e a elétrica. Aeronaves movidas a combustão possuem como grande desvantagem a necessidade
de embarcar combustível, normalmente de origem fóssil, que demanda espaço e peso adicional
a ser transportado, além da emissão de gases considerados poluentes. As aeronaves elétricas
possuem como fator limitante a capacidade de suas baterias, que ainda não são eficientes o
bastante para possibilitar missões de longa duração. Um modo de permitir a maior autonomia
dos VANTs é o emprego de células fotovoltaicas em aeronaves elétricas a fim de recarregar
suas baterias e permitir a aeronave realizar missões de longa duração.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Desenvolver o design conceitual1
de um Veículo Aéreo Não Tripulado movido
com o auxílio de um motor elétrico, embarcado com células fotovoltaicas a fim de recarregar
suas baterias, de modo que a aeronave possa permanecer em voo por mais de 24 horas,
característica do voo contínuo.
1
Como o nome sugere, o design conceitual foca apenas nas configurações gerais da aeronave, como suas
dimensões básicas. Evoluções posteriores no projeto como refinamento aerodinâmico e estrutural tendem a
conduzir melhor as dimensões finais do projeto (NOTH, 2008).
28. 28
1.1.2 Objetivos específicos
Desenvolver o design conceitual de um VANT leve2
operando em baixas
altitudes e velocidades, através da abordagem analítica. Estabelecer critérios para uma missão
alvo, estudar e selecionar principais parâmetros dos componentes da aeronave de modo que a
mesma possa realizar voo contínuo. Desenvolver métodos próprios de otimização de
determinados parâmetros, como melhor combinação de parâmetros de entrada dos componentes
do sistema de propulsão, de modo a poder obter o melhor desempenho da aeronave. Utilizar
modelamento analítico para análise dos parâmetros aerodinâmicos de asa finita.
1.2 JUSTIFICATIVA
A importância do VANT devido ao seu grande potencial em cumprir as mais
variadas missões tem crescido em todo o mundo. Estudar uma tendência de sua evolução,
visando maximizar sua autonomia de forma sustentável é uma alternativa para desenvolvimento
de projetos mais adequados obtendo veículos capazes de execução de tarefas com maior
duração e superior autonomia.
1.3 METODOLOGIA
Existem diversas metodologias para o projeto aeronáutico de uma aeronave. As
principais características de um VANT movido a energia solar são ser leve, voar a baixas
velocidades e, principalmente, possuir autonomia de voo estendida. Teoricamente é possível
que a autonomia de voo seja indefinida, ou seja, que a aeronave seja capaz de voar
ininterruptamente. Para tanto é necessário que ocorra um balanço energético entre geração e
consumo de energia, assim como a capacidade da aeronave estocar a energia e suprimir aos
2
A aeronave é considerada leve quando é simples de operar e fácil de voar (OLIVEIRA, 2012).
29. 29
componentes nos períodos de não geração de energia elétrica. Para tanto foi utilizado a
metodologia proposta por Noth (2008) para o desenvolvimento de um VANT movido a energia
solar. Essa metodologia é referente apenas a algumas etapas de um projeto completo da
aeronave, como mostrado na metodologia proposta por Barros (2001), em sua tese de
doutorado.
1.4 MOTIVAÇÃO
O estudo de novas óticas para transformar métodos já convencionais é o que
motiva esse trabalho, de modo a poder contribuir positivamente no impacto ambiental através
missões como de agricultura de precisão (AP), pela utilização mais eficiente de agrotóxicos, na
maior produtividade agrícola e mediante de uma nova cadeia de profissionais e habilidades
relacionados a operação dos VANTs solares, além da correta interpretação dos dados gerados.
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho está dividido em sete seções. A segunda seção é dedicada à revisão
de literatura. Onde é apresentada brevemente a história do desenvolvimento dos VANTs, assim
como suas aplicações. São indicados, através de apresentação sucinta, alguns relatos, os
esforços atuais na implementação de células fotovoltaicas em aeronaves que o autor deste
trabalho conseguiu encontrar nas pesquisas bibliográficas realizadas.
A terceira seção indica brevemente os componentes básicos de uma aeronave,
algumas configurações e nomenclaturas clássicas, assim como uma breve introdução ao projeto
aerodinâmico através da apresentação de conceitos básicos da aerodinâmica.
Na quarta seção a metodologia utilizada para design conceitual de VANT solar
é apresentada, em que são detalhadas todas suas etapas.
Na quinta seção ocorre o estudo dos parâmetros necessários para o design
conceitual, a saber: massa da carga transportada e sua potência energética, atitude máxima de
operação e as respectivas características do fluido nessa condição, modelo de incidência solar,
seleção de perfil aerodinâmico da asa e seus respectivos modelos analíticos dos coeficientes
30. 30
aerodinâmicos da mesma, seleção da bateria e da célula fotovoltaica embarcada, Maximum
Power Point Tracker (MPPT), componentes do grupo motopropulsor e seus parâmetros ótimos
de funcionamento para maior desempenho, modelo para estimativa da massa estrutural da
aeronave, massa do grupo de sistemas aviônicos e sua potência energética.
A sexta e sétima seção são destinadas, respectivamente, às conclusões e as
recomendações para trabalhos futuros.
31. 31
2 REVISÃO DE LITERATURA
Com a demanda de soluções eficientes em diversos setores da sociedade
(agricultura, segurança, lazer, logística, comunicação, entre outros), ocorre o surgimento de
novas tecnologias assim como a evolução das já defasadas. Esse processo ocorre na sociedade
de forma acelerada a partir da sistematização do trabalho, aliado com o uso científico para o
progresso tecnológico (PIRRÓ, 2010). Todas as indústrias sofrem essa evolução, desde que a
demanda pela solução exista, caso contrário estará estagnada. Como resultado do avanço
tecnológico, surge a maior necessidade por energia elétrica. Sua geração pode ser feita de
diversas maneiras, porém o impacto da mesma assim como sua disponibilidade a longo prazo
induz uma tendência global na utilização de fontes limpas e renováveis. O uso da energia solar
se tornou um tema relevante na busca da humanidade para uma energia limpa e eficiente
(FAZELPOUR, 2013). Na indústria aeronáutica tal processo evolutivo fomentou o
desenvolvimento e produção de veículos em escala, e o seu consequente barateamento. Aliar o
desenvolvimento dessa tecnologia com a geração limpa de energia é um desafio para a
continuidade de sua evolução.
2.1 O VANT
O Veículo Aéreo Não Tripulado, tradução da sigla americana UAV (Unmanned
Aerial Vehicles), é o nome que se refere as aeronaves que não necessitam de pilotos embarcados
para seu funcionamento. Existem, ainda, outras nomenclaturas para o mesmo, se destacando o
termo drone por ser empregado numa escala global para essa tecnologia (STANLEY, 2013).
Na esfera militar, a classificação ocorre de diversas maneiras, podendo destacar três grandes
grupos: os drones utilizados como alvos em treinamentos, os ISR (Intelligence, Surveillance
and Reconnaissance) utilizados de forma não letal em operações de monitoramento, e os
UCAVs (Unnmaned Combat Air Vehicles) que possuem como finalidade o uso letal em
operações de combate (KEANE; CARR, 2013). O controle dessas aeronaves pode ocorrer de
duas maneiras: de forma remota por meios eletrônicos sob a supervisão e governo humano, ou
através de um controle pré-programado com uso de softwares computacionais.
32. 32
O surgimento do VANT ocorreu intrinsicamente com a evolução da aviação.
Como muitas tecnologias, seu desenvolvimento foi feito inicialmente para fins militares. O
primeiro registro do uso dessa tecnologia data de 15 de julho de 1849. Forças austríacas sitiando
a cidade de Veneza, Itália, lançaram um ataque aéreo utilizando balões carregados com
aproximadamente 13,5 kg de explosivos. O acionamento da bomba ocorreu com o uso de
fusíveis cronometrados em trinta minutos e o seu deslocamento ocorreu pelas forças do vento.
O lançamento ocorreu num navio de guerra, porém o ataque foi frustrado devido ao forte vento
e muitos balões passaram pela cidade e foram detonados sob o acampamento austríaco no
continente (OVERY, 2010). O desenho 1 indica uma ilustração artística de um protótipo de
balão não tripulado.
Desenho 1 – Projeto de balão não tripulado
Fonte: BONNER, 2015
Os próximos VANTs foram desenvolvidos no início da Primeira Grande Guerra,
somente 8 anos após o surgimento das aeronaves com humanos embarcados. Elmer Sperry,
pioneiro na tecnologia dos giroscópios, desenvolveu com auxílio da marinha americana uma
aeronave batizada de Curtiss N-9 (veja fotografia 1). Em 17 de outubro de 1918 a aeronave
conseguiu alçar voo, voar por mais de 13 quilômetros, porém falhou no pouso e colidiu no mar.
Mesmo com um desdobramento catastrófico, esse foi a primeira aeronave menos densa que o
ar radio controlada e seu estudo permitiu o desenvolvimento de projetos bem-sucedidos em
seguida, como o Kettering Bug, indicado também na fotografia 1, capaz de atingir mais de 190
km/h, desenvolvido por Charles Kettering, Orville Wright e Child Wills da Ford Motor
Company. (KEANE; CARR, 2013).
33. 33
Fotografia 1 – Curtiss N-9 (acima) e o Kettering Bug (abaixo)
Fonte: KEANE; CARR, 2013
Nos anos subsequentes houve grande avanço em diversos setores de tecnologia
como aeronáutica, eletrônica e computação, impulsionados pela corrida armamentista. O
interesse pelos VANTs aumentou sua evolução originou aeronaves cada vez mais sofisticadas
capazes de executar missões complexas.
Na década de 1960 os Estados Unidos da América (EUA) começaram a
desenvolver os drones de forma sistemática com a finalidade de obtenção de aeronaves de
espionagem e reconhecimento na guerra fria. O principal drone desenvolvido foi o Firebee,
indicado no desenho 2, propulsionado com um motor a jato feito pela Ryan Aeronautical
Company (BHATT, 2012). O design do Firebee ainda é encontrado nos VANTs mais modernos
tornando-o um marco em sua história (KEANE; CARR, 2013).
34. 34
Desenho 2 – Detalhes do Firebee
Fonte: BONNER, 2015
Com o surgimento de mais conflitos armados o uso e desenvolvimento dos
drones foi praticamente contínuo. A Guerra do Vietnam foi a primeira que possuiu o uso
extensivo de VANTs, sendo estimadas 3.435 operações de reconhecimento entre 1964 e 1975.
Aproximadamente um terço das missões americanas utilizaram o Lighting Bug, VANT
multitarefa utilizado principalmente para captação de fotos a baixas e altas altitudes. Devido a
demanda por maiores sistemas embarcados, foi desenvolvido o modelo 154, Compass Arrow,
indicado na fotografia 2, desenvolvido para voar a 23.000 metros de altitude, e o primeiro
VANT desenvolvido com tecnologia de mínima emissão de calor e baixa refletividade em
radares. Houveram, porém, problemas técnicos nas missões desse drone o que resultou na baixa
aprovação de seu uso. Concomitante, ocorreu uma forte redução orçamentária o que resultou
na redução do desenvolvimento de VANTs pelos EUA por quase uma década (KEANE; CARR,
2013).
Fotografia 2 – Modelo do Compass Arrow
Fonte: NATIONAL MUSEUM OF THE US AIR FORCE, 2015
35. 35
O interesse nessa tecnologia foi resgatado após o uso eficaz de VANTs pelo
exército israelense na Guerra do Golfo. Israel coordenou um ataque eficaz destruindo 86
aeronaves Sírias num pequeno período de tempo no Vale de Bekaa. Os VANTs foram utilizados
como chamarizes e bloqueadores eletrônicos, assim como forneceram vigilância em tempo real.
Desde então o uso de VANTs foi amplamente aceito e empregado, assim como o contínuo
desenvolvimento de sua tecnologia (TETRAULT, 2009).
Na década de 2010 tem ocorrido um extensivo uso militar de VANTs. No
governo do presidente americano Barak Obama houve um significante aumento na relevância
de sua utilização, de forma que esses veículos já se tornaram instrumentos essenciais da
estratégia moderna americana nos conflitos em que estão envolvidos. Em 2013 houve o
investimento pelo Departamento de Defesa americano de cerca de US$ 6 bilhões em sistemas
não tripulados (BECKER, 2013).
O resultado de todo esse investimento nos VANTs é consequência de sua atual
relevância na estratégia militar moderna. Em 2015 já é possível observar uma corrida
armamentista no desenvolvimento de VANTs mais sofisticados. A República Popular da China
exibiu seu VANT batizado de Wing Loong II, desenvolvido de modo a competir com o mais
avançado VANT americano, o MQ-9 Reaper, fotografia 3. Ambos são movidos a um turboélice,
possuem sistema de comunicação via satélite e o sistema primário de captura de imagem em
sua proa, assim como adotam os estabilizadores tipo V. Ainda que as especificações sejam mais
avançadas no VANT americano, já é possível concluir que essa corrida está acelerando a
evolução dos VANTs. (BAKER, 2015).
Fotografia 3 – MQ-9 Reaper taxiando em base militar
Fonte: HANLEY, 2007
Houve também o desenvolvimento de VANTs no Brasil. Na década de 1980 a
Companhia Brasileira de Tratores, sediada em São Carlos, SP, encomendou ao então Centro
36. 36
Tecnológico de Aeronáutica (CTA), em São José dos Campos, SP, o desenvolvimento de uma
turbina de pequeno porte, com aproximadamente 30 kgf de empuxo, a fim de ser instalada num
VANT com envergadura (b) de 3,38 metros, como mostrado na fotografia 4. O objetivo da
missão desse VANT brasileiro era o treinamento militar, a fim de substituir o modelo similar
norte-americano até então empregado com alto custo. Dessa maneira foi concebido o BQM-
1BR, primeiro VANT construído em solo brasileiro (PAULA, 2009).
Fotografia 4 – BQM-1BR exposto no Museu Asas de um Sonho da TAM Linhas Aéreas
Fonte: PAULA, 2009
2.2 O VANT EM APLICAÇÕES CIVIS
O uso de VANTs em aplicações civis é um emprego recente. Entende-se como
uso civil qualquer utilização de uma tecnologia com finalidade não militar, seja em estado de
guerra ou não. O inicial desenvolvimento de uma nova tecnologia para fins militares antes do
desenvolvimento para aplicações civis é comum na história de diversas tecnologias (SEARLE,
2014).
O investimento em startups de tecnologia de VANTs nos EUA duplicou entre
os anos de 2012 e 2013, assumindo cifras superiores a US$ 40,9 milhões (KHARIF, 2013).
Esse recente interesse aliado com diversos projetos surgindo concomitantemente resultam em
VANTs atuando nos mais diversos setores.
Na indústria agrícola o VANT permite o emprego da agricultura de precisão.
Esta tem como objeto aumentar a eficiência tratando de forma distinta cada área de uma
plantação, de forma a entender suas particularidades e reduzindo seu impacto ambiental. Para
tanto, diversos sensores devem ser embarcados na aeronave, se destacando o Sensoriamento
Remoto (SR), Sistemas de Informações Geográficas (SIG) e o Sistema de Posicionamento
37. 37
Global (ou GPS sigla em inglês: Global Position System). Nesse setor destaca o VANT
fabricado pela Yamaha, o RMAX, em voo na fotografia 5, com configuração de asas rotativas
com rotores na horizontal, tipo helicóptero, capaz de realizar pulverizações em lavouras de
arroz. Seu destaque é a capacidade de atingir distâncias de até 10 km ou uma autonomia de 90
minutos, com uma carga de aproximadamente 30 kg. Esta especificação permite a pulverização
de 30 hectares/dia, ou de forma menos eficiente 8 hectares/hora (MATSUO, 2011).
Fotografia 5 – Yamaha Rmax realizando pulverização agrícola
Fonte: MATSUO, 2011
Na indústria fotográfica diversos VANTs foram lançados nos últimos anos. A
fim de permanecerem estáticos e garantirem a melhor imagem, neste setor são empregados de
forma predominante a configuração com uso de rotores múltiplos horizontais, também
chamados de multicópteros. Esses veículos possuem categorias populares, assim como os mais
sofisticados. A maior diferença é o sistema de estabilização, que funciona a fim de garantir
imagens nítidas ao longo do voo (TOSETTO, 2013). Neste setor se destaca o Phanton 3 (veja
fotografia 6), dotado de um sistema de quatro rotores e chamado, portanto, de quadcóptero.
Possui integração com smartphones, assim como câmeras profissionais capazes de realizar
filmagens em altas resoluções de até 4K. Sua autonomia é de até 2 km e possui ainda sistemas
embarcados com sistema GPS (AGUILAR, 2015).
38. 38
Fotografia 6 – Quadcóptero Phanton 3
Fonte: AGUILAR, 2015
Existem, ainda, diversas outras aplicações civis, que foram agrupadas e
indicadas no gráfico 1.
Gráfico 1 – Aplicações civis para VANTs
Fonte: CREPALDI, et al., 2013
A engenharia tem como objetivo atender a demanda por soluções e inovações
em diversos setores da sociedade, e um VANT possui características e vantagens que o
promovem como importante agente de melhorias em diferentes áreas. É importante destacar a
aplicação dentro do quesito ambiental, devido à necessidade de manutenção dos recursos
39. 39
naturais. O Brasil possui Unidades de Conservação (UCs), que consistem em áreas de proteção
ambiental dividas em cinco categorias: Estação Ecológica, Reserva Biológica, Parque Nacional,
Monumento Natural e Refúgio de Vida Silvestre. O principal intuito é a manutenção dos
ecossistemas sem as alterações causadas por interferência humana, admitido apenas o uso
indireto de seus atributos naturais (BRASIL, 2000). O monitoramento de uma determinada UC
por um VANT permite melhor controle dos agentes competentes para que sejam preservadas
suas áreas, biomas, e características naturais. Existe o déficit no monitoramento em velocidade
suficientemente rápida, pois o modelo atual é composto principalmente por equipe em terra.
Exemplo da pouca eficiência do atual modelo é a duração de dias para uma equipe em terra
fiscalizar uma área como a do Parque Nacional Pau Brasil, no sul da Bahia. Alguns países já
utilizam os VANTs para vigiar sua fauna e flora. Na África do Sul houve uma queda de 92%
na morte de rinocerontes após o uso dos drones (PAMPLONA, 2015). O Brasil é um país farto
em áreas ambientais, porém a fiscalização das ocupações de habitação ilegal em áreas de
preservação ainda é ineficaz. Somente no estado de São Paulo existem 1.513.267,08 hectares
correspondendo à Área de Proteção Ambiental (APA). Diversas APAs são invadidas como a
de Banhado, no município de São José dos Campos, em que houve a ocupação de 1.600 pessoas
em 2014 (PEREIRA, 2014).
2.3 VANTS MOVIDOS A ENERGIA SOLAR
Um dos maiores desafios enfrentados pelas indústrias do século XXI é o
desenvolvimento de tecnologias de modo a causarem os menores danos ambientais possíveis.
Dentre as soluções de geração de energia sustentável, se destaca o uso de células fotovoltaicas
que transformam a radiação incidente do sol em energia elétrica. Esse processo é chamado de
forma popular de energia solar, e é, sem dúvidas, uma das mais limpas do mundo. Esse uso já
está distribuído em diversas indústrias, sejam de aplicações civis ou militares. É esperado que
no futuro a energia solar torne-se uma fonte energética primária no planeta (SHIAU, 2009).
O uso da energia solar tem limitações, isso porque os painéis solares só podem
gerar energia elétrica durante um determinado período do dia. Dessa forma, o mais importante
é maximizar seu desempenho durante seu funcionamento diário, e armazenar a energia em
baterias para uso noturno, por exemplo. Essa estratégia permite o maior aproveitamento da
energia solar, solucionando problemas de autonomias de diversos sistemas. Nos VANTs, a
40. 40
autonomia é uma de suas maiores limitações. Um veículo aéreo deve possuir essencialmente
uma ótima relação de peso e capacidade de sustentação. Embarcar combustíveis fósseis é uma
solução não apenas pouco sustentável, mas também um desafio técnico visto que para longos
deslocamentos a quantidade de combustível embarcado é considerável. No sistema célula
fotovoltaica/bateria, a fonte de energia será apenas a radiação solar, e o sistema a ser otimizado
é a relação de geração e armazenamento de energia.
Soluções de VANTs utilizando células fotovoltaicas estão surgindo de forma
acelerada. Diversas indústrias líderes em tecnologia estão investindo nesses veículos, pois
possuem aplicações promissoras visto que podem permanecer em voo por diversas horas, e até
dias. O projeto Atlantik-Solar, desenvolvido por engenheiros do Instituto Federal de Tecnologia
de Zurique (ETH, do alemão Eidgenössische Technische Hochschule), tem como objetivo a
primeira travessia do Oceano Atlântico por um VANT (veja fotografia 7). Os testes
preliminares já demonstraram que a solução empregada no projeto está próxima de atingir os
objetivos impostos (ATLANTIKSOLAR, 2015).
Houve no mês de outubro de 2015 um teste realizado no Brasil em que o veículo
monitorou um desastre ambiental provocado pelo naufrágio de um navio no porto de Vila do
Conde, Pará. Na Amazônia houve um voo de teste que o VANT foi capaz de percorrer cerca de
330 km de forma sustentável (PÓVOA, 2015).
Fotografia 7 – Engenheiros da ETH e os protótipos do Atlantik-Solar
Fonte: ATLANTIKSOLAR, 2015
41. 41
Gigantes da tecnologia também acreditam no potencial dos VANTs sustentáveis,
e estão investindo para que existam serviços sendo supridos por esses veículos. O Facebook,
empresa de tecnologia que possui a rede social mais popular do planeta, com mais de um bilhão
de usuários cadastrados, quer expandir ainda mais seu alcance ao fornecer acesso à internet em
localidades remotas, ou carentes economicamente (PARSONS, 2015). Como o projeto de
colocar diversos satélites de comunicação em órbita no planeta é caro, a solução encontrada foi
desenvolver VANTs que operem em elevadas altitudes e de forma contínua. Esses veículos são
conhecidos na indústria aeronáutica como HALE (High Altitude Long Endurance), cuja altitude
de operação de até 30 quilômetros é ilustrada no desenho 3. A fim de manter o voo de forma
contínua, o uso de baterias aliadas com células fotovoltaicas é a solução proposta pela indústria
(RUNGE, et al., 2007). O protótipo em desenvolvimento pelo Facebook chama-se Aquila,
realizando voo na fotografia 8, e possui como uma de suas principais características o
comprimento entre pontas de asas de 40 metros. A previsão é que a aeronave consiga se manter
em voo por três meses, quando preventivamente pousará para manutenções. A fim de vencer
os desafios técnicos, o projeto utiliza soluções pioneiras, assim como uso extensivo de materiais
compostos como fibra de carbono, permitindo que esse veículo de grande porte pese menos de
um terço de um carro popular (PARSONS, 2015).
Desenho 3 – VANTs tipo HALE e sua altitude de operação
FONTE: PARSONS, 2015, adaptado pelo autor
42. 42
Fotografia 8 – VANT solar Aquila, desenvolvido pelo Facebook
Fonte: NEWTON, 2016
O Alphabet, holding de várias empresas vinculadas ao Google, incluindo o
mesmo, também está desenvolvendo um VANT tipo HALE com o objetivo de fornecer acesso
à internet. O seu protótipo é popularmente batizado de Titan e também possui como solução o
uso de painéis solares para recarregar baterias embarcadas (veja desenho 4). Segundo Simonite
(2016), o desenvolvimento do protótipo está avançado, porém encontra barreiras burocráticas
de diversos países que contestam se a aeronave também irá praticar espionagem.
Desenho 4 – Titan, VANT tipo HALE da Alphabet
Fonte: SIMONITE, 2016
43. 43
O desenvolvimento de VANTs movidos a energia solar é realizado também por
grupos voltados diretamente à tecnologia aeroespacial. A Administração Nacional da
Aeronáutica e Espaço (NASA em inglês National Aeronautics and Space Administration),
desenvolveu o Helios (veja fotografia 9), já o seu quarto protótipo desse tipo de aeronave. Este
avião é capaz de manter voo em altitudes de até 30 km de altura, com autonomia de voo de
mais de um dia. Outro protótipo da NASA é o Pathfinder, cujo objetivo é o estudo para evolução
da tecnologia dos HALEs.
Fotografia 9 – NASA Helios em ensaio de voo
Fonte: DRICUS, 2015
A Boeing, corporação multinacional norte-americana de desenvolvimento
aeroespacial e de defesa, desenvolveu o SolarEagle, exposto na fotografia 10, VANT tipo
HALE capaz de manter voo por até cinco anos. É estimado que a Boeing já tenha investido
cerca de 90 milhões de dólares nesse projeto. A envergadura dessa aeronave é de 120 metros,
sua velocidade de cruzeiro (𝑣𝑐𝑟) é de 80 km/h e possui capacidade de geração de 5 kwh de
energia (ROOIJ, 2015).
44. 44
Fotografia 10 – Boeign SolarEagle em voo
Fonte: ROOIJ, 2015
Existe ainda o esforço de diversas empresas, como a Airbus, no desenvolvimento
desse tipo de aeronave. Esses veículos ainda estão em fase de testes e ainda estão enfrentando
problemas na legislação por desconfiança de algumas nações quanto à segurança na utilização.
O seu custo de fabricação e de operação, porém, compensam todos os esforços para
implementar essa tecnologia, que possivelmente irá substituir o uso de satélites em órbita, assim
como evoluir diversos setores de tecnologia. A maior revolução é, contudo, na indústria que a
desenvolve, a aeroespacial (SULLIVAN, 2006).
45. 45
3 BREVE INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE AERONAVES
Esta seção tem como finalidade a exposição de conceitos referentes aos estudos
aeronáuticos, a fim de facilitar a assimilação e entendimento das demais seções. Será abordado
desde o conceito dinâmico que possibilita o voo controlado de uma aeronave, assim como suas
características e configurações que possibilitam classificá-la de formas distintas. No esquema
1 é exposto a sequência didática desta seção.
Esquema 1 – Sequência didática da teoria aerodinâmica básica
Fonte: ANDERSON JR., 1999, adaptado pelo autor
3.1 CONCEITOS E NOMENCLATURAS
Existem diversas máquinas voadoras, cujos princípios de funcionamento são
diferentes. A primeira classificação das aeronaves é em dois grupos: os mais leves que o ar e
Breve introdução aos estudos de aeronaves
Conceitos e nomenclaturas
Estudo aerodinâmico dos perfis
A origem das forças aerodinâmicas e
momentos
Definição dos coeficientes aerodinâmicos
Centro aerodinâmico
Estudo aerodinâmico de asas finitas
Polar de arrasto
46. 46
os mais pesados. O primeiro se referem aos balões e dirigíveis, que obtém a sustentação
necessária para voo através da força de empuxo devido à diferença de densidades de fluidos. O
segundo grupo são veículos que possuem densidades maiores que o ar, e necessitam de forças
externas para obter voo. Estes podem possuir diversos formatos e diferentes métodos de
obtenção da capacidade de voar. Alguns exemplos dos mais pesados que o ar são: foguetes,
planadores, paraquedas e aviões, conforme esquema 2.
Esquema 2 – Classificação inicial das aeronaves
Fonte: Elaborado pelo autor
As forças necessárias para originar o voo, em veículos mais pesados que o ar,
são de origens distintas. Nos foguetes, por exemplo, a reação da exaustão de gases devido à
oxidação de combustíveis é a responsável para o veículo iniciar voo e colocar satélites em
órbita. Em altitudes mais baixas existem aeronaves que utilizam do ar como um meio de alçar
voo, utilizando as forças aerodinâmicas. Estes veículos são variados: os paraquedas permitem
que o passageiro regresse ao solo numa velocidade segura, os planadores conseguem aproveitar
das correntes ascendentes de ar para obter energia mecânica necessária para voo, os aviões
utilizam propulsão mecânica para obter energia cinética necessária para voo.
Rodrigues (2011, p. 13) afirma que: “um avião é definido como uma aeronave
de asa fixa mais pesada que o ar, movida por propulsão mecânica, que é mantido em condição
de voo devido à reação dinâmica do ar que escoa através de suas asas”.
Existem aviões de diversos formatos cujas finalidades são distintas. A maioria,
porém, possuem componentes principais em comum, são eles: fuselagem, asas, empenagem,
trem de pouso e o grupo motopropulsor, conforme ilustrado no desenho 5.
Veículos que
voam
Mais leves que o
ar
Balões, dirigíveis
Mais pesados que
o ar
Foguetes,
paraquedas,
aviões
47. 47
Desenho 5 – Principais componentes dos aviões
Fonte: RODRIGUES, 2011
3.1.1 Fuselagem
A fuselagem é a estrutura que engloba a cabine de comandos, o compartimento
de carga, assim como os demais sistemas presentes no corpo da aeronave. Essa estrutura pode
ser de três formas: treliçada, monocoque ou semi-monocoque, conforme desenho 6.
A estrutura treliçada, como o nome sugere, utiliza treliças ao longo do corpo da
aeronave. É uma estrutura cuja resistência e rigidez são obtidos por barras ligadas em uma série
de modelos triangulares em pontos conhecidos como nós. Os esforços e reações são
considerados, de forma simplificada, apenas nesses nós.
A estrutura monocoque utilizam cavernas que são estruturas no formato
aerodinâmico desejado. Estas estruturas são colocadas paralelas umas às outras e unidas por um
revestimento.
A estrutura semi-monocoque é composto por cavernas em formato
aerodinâmico, em conjunto com demais estruturas como longarinas e revestimentos que
fornecem a estrutura necessária para a aeronave.
48. 48
Desenho 6 – Tipos de fuselagem
Fonte: RODRIGUES, 2011
3.1.2 Asas
As asas são artefatos mecânicos destinados à sustentação aerodinâmica. São
fundamentais da aeronave e estão unidas de cada lado da mesma. Existem diversos projetos
aeronáuticos com diferentes tamanhos, quantidade e formato de asas. Existe um motivo para
tantas variações, no estudo aerodinâmico pequenas mudanças de suas configurações afetam
drasticamente seus desempenhos.
3.1.2.1 Quantidade de asas
Como o número de asas pode variar, são classificadas como monoplano a
aeronave com um par de asas, biplano com dois pares e multiplanos com demais pares de asas.
O aumento do número de asas certamente aumenta a capacidade da aeronave em produzir mais
força de sustentação. As asas, porém, também produzem a força de arrasto, e com maiores
quantidades de asas, mais resistência a aeronave terá em seu voo. Existe também a questão
estrutural, em que conforme aumenta-se o número de asas, o ganho de peso para o avião
também é expressivo. A fotografia 11 possui exemplo de aeronave monoplano e biplano.
49. 49
Fotografia 11 – Classificação das asas quanto a quantidade de pares
Fonte: RODRIGUES, 2011
Cabe ao estudo do projeto estabelecer a implementação de múltiplas asas, tendo
em conta suas vantagens e desvantagens. De forma generalizada, o emprego de mais de um par
de asas é incomum, pois o ganho de força de sustentação é possível também de outras maneiras3
.
3.1.2.2 Fixação na fuselagem
Existem também variações quanto à posição de fixação na fuselagem, podem
ser: asa alta, asa média ou asa baixa. Para cada uma dessas posições existem vantagens e
desvantagens, como exemplificado no quadro 1.
3
É possível obter maiores forças aerodinâmicas alterando geometrias da asa, otimizando-a.
50. 50
Quadro 1 – Altura das asas, vantagens e desvantagens
Fonte: BARROS, 2001, adaptado pelo autor
3.1.2.3 Estrutura das asas
Estruturalmente as asas devem ser rígidas o suficiente de modo a suportarem as
solicitações mais severas de voo, decolagem e pouso, assim como os componentes nelas
instalados (winglests, flaps, sistemas de alteração do perfil aerodinâmico como speed breaks, e
possíveis componentes do grupo motopropulsor), levando em consideração também o efeito da
51. 51
vibração. Para atenderem tantos fatores, a robustez é a solução mais prática. O peso, contudo,
deve ser o mínimo possível, de modo a não comprometer o desempenho da aeronave. As
soluções mais comuns, de acordo com Rodrigues (2011), é o uso de nervuras, longarina, bordo
de ataque e bordo de fuga, todos cobertos por uma tela de revestimento, conforme representação
no desenho 7.
Desenho 7 – Elementos estruturais da asa
Fonte: RODRIGUES, 2011
As nervuras são responsáveis pela forma aerodinâmica da asa, assim como a
transmissão dos esforços do revestimento para a longarina. Esta, é o principal componente
estrutural da asa e é dimensionada de modo a resistir os esforços de cisalhamento, flexão e
torção devido as cargas aerodinâmicas de voo. Os bordos de ataque e fuga representam,
respectivamente, a região dianteira e traseira da asa.
3.1.2.4 Formas geométricas das asas em planta
O formato geométrico das asas em planta impacta de forma significativa no
desempenho e comportamento da aeronave. Cada formato possui vantagens e desvantagens, em
52. 52
que a segurança do voo está diretamente relacionada à escolha da geometria (BARROS, 2011).
Existem diversos formatos geométricos da asa em planta, conforme desenho 8, sendo os mais
comuns são o retangular, trapezoidal e elíptico (RODRIGUES, 2011). As asas também podem
possuir ângulo em relação à fuselagem da aeronave, chamado de enflechamento (Ʌ).
Consequentemente asas sem enflechamento são chamadas de asas retas.
A) Asa retangular: Possui baixas eficiência aerodinâmica4
, se comparado com as
demais geometrias. Como possui um bom aproveitamento de sua área em planta
(S), produz uma quantidade considerável de força de sustentação. A fabricação
também é mais simples, com menor custo, portanto. Isso porque as seções da asa
são contínuas por toda sua extensão;
B) asa trapezoidal: Possui boa eficiência aerodinâmica, se comparado com a asa
retangular. A fabricação é complexa visto que toda seção da asa possui tamanho
diferente, necessitando de nervuras específicas para cada posição e aumentando
os custos para fabricação e,
C) asa elíptica: Representa a asa ideal em termos de eficiência aerodinâmica. É a
mais complexa, dentre as três, figura geométrica para fabricação. O custo para
fabricação dessa geometria, assim como a estrutura necessária para suportar
tornam a configuração com maiores custos de fabricação.
Desenho 8 – Formas geométricas das asas em planta
Fonte: CREPALDI, et al., 2012
4
Eficiência aerodinâmica é a relação entre forças de sustentação e arrasto, são detalhadas na seção 3.4.
53. 53
3.1.2.5 O perfil da asa
O perfil, ou seção transversal, da asa é o responsável pelo formato da mesma. A
escolha do perfil no projeto de uma aeronave é de extrema importância, e o mesmo terá
implicações diretas nos demais componentes do avião. Cada perfil se comporta de uma maneira
única numa determinada condição de voo, e saber escolher o formato que melhor adequa a
missão da aeronave é um processo de extensa pesquisa. O desenho 9 possui uma representação
de um perfil de uma asa e a nomenclatura de seus componentes.
Desenho 9 – Nomenclatura dos componentes de um perfil aerodinâmico
Fonte: CREPALDI, et al., 2013
O escoamento de ar ocorre no sentido do bordo de ataque para o bordo de fuga.
Cada alteração no formato geométrico altera o perfil e, portanto, confere uma identidade única
para o mesmo.
Na vista superior da aeronave, conforme desenho 10, é possível entender como
a corda do perfil influencia no formato da asa, e a variação da mesma possibilita obter os
formatos diversos em planta. A corda próxima à fuselagem é chamada de corda na raiz (cr) e a
no fim da asa, corda na ponta (ct). A relação de afilamento (λ) é a divisão entre a corda de ponta
e a corda na raiz, como indicado na equação 1. A distância entre pontas de asa, ou seja, a
distância máxima entre as asas, é definida como envergadura.
54. 54
𝜆 =
𝑐𝑡
𝑐𝑟
(1)
Desenho 10 – Nomenclatura das cordas na asa em planta
Fonte: RODRIGUES, 2011
3.1.2.6 Nomenclatura dos perfis e suas famílias
Muitos dos perfis desenvolvidos hoje na indústria aeronáutica possuem
geometrias próprias a fim de atender as necessidades únicas de cada projeto. Para seu
desenvolvimento são utilizados softwares computacionais especializados em obter suas
características aerodinâmicas. Antes da “era da computação” os perfis utilizados em projetos
aeronáuticos eram escolhidos segundo séries, ou famílias, de geometrias já estudadas. Esses
estudos foram desenvolvidos por agências governamentais, principalmente EUA, Alemanha e
Reino Unido, através de um grande esforço experimental em inúmeros túneis de vento. Muitas
aeronaves que ainda operam utilizam esses perfis previamente desenvolvidos, assim como
muitos perfis customizados os possuem como origem (ANDERSON JR., 1999).
A fim de padronizar os perfis, alguns parâmetros básicos são utilizados conforme
listagem:
55. 55
A) Corda (c);
B) linha média;
C) espessura (t) e distribuição ao longo da corda;
D) raio do bordo de ataque e,
E) ângulo do bordo de fuga.
Dentre as principais agências que desenvolveram a série de perfis, se destaca a
americana NACA (National Advisory Committee for Aeronautics). Na década de 1930, a
contribuição inicial dessa agência foi definir esses parâmetros básicos. Fixando a linha média
do perfil, e adicionando a ela a espessura desejada, foi possível obter perfis simétricos para
linhas médias retas, e perfis assimétricos com linhas médias segundo uma curva. Esse processo
de criação é exemplificado no desenho 11.
Desenho 11 – Progressão básica no desenvolvimento de um perfil assimétrico
Fonte: ANDERSON JR., 1999, adaptado pelo autor
Com a alteração sistemática das variáveis, foram desenvolvidas diferentes
geometrias. Dessa forma, as agências criaram inúmeros perfis cuja categorização ocorreu em
séries, ou famílias, cujos dígitos em sua nomenclatura possuem o significado de como foram
escolhidas suas variáveis. Algumas das principais séries dos perfis NACA, e suas respectivas
nomenclaturas, são exemplificados no esquema 3.
56. 56
Esquema 3 – Séries de perfis NACA e suas nomenclaturas
Fonte: DA ROSA, 2006, adaptado pelo autor
Existem ainda outros desenvolvedores de perfis, cujas nomenclaturas também
possuem significados próprios. Mesmo com o menor significado histórico que a NACA, muitas
de suas geometrias também são estudadas e utilizadas como base para geração de novos perfis.
Alguns dos principais desenvolvedores são: Drela, Eppler, Hepperle, Larrabbe, Liebeck,
Lissaman, Selig e Wortmann (DA ROSA, 2006).
3.1.3 Empenagem
A empenagem é o componente da aeronave responsável por estabilizar e
controlar o avião durante o voo. É dividida em duas superfícies: o estabilizador horizontal e
vertical, conforme desenho 12. Ambas superfícies possuem componentes que permitem o avião
realizar determinados movimentos, a horizontal possui o profundor e os compensadores, a
vertical o leme de direção. Os componentes da empenagem também possuem um perfil
aerodinâmico, cujas características devem satisfazer o equilíbrio dinâmico da aeronave em voo.
57. 57
Desenho 12 – Componentes da empenagem
Fonte: RODRIGUES, 2011, adaptado pelo autor
Existem variações quanto a posição que os componentes da empenagem estão
dispostos na aeronave, ocorrendo alterações no comportamento de voo com vantagens e
desvantagens como exemplificado no quadro 2.
Quadro 2 – Posições das empenagens na aeronave
Fonte: BARROS, 2001, adaptado pelo autor
58. 58
Além das posições em relação a aeronave, as empenagens podem configurações
próprias, que também alteram o comportamento da aeronave de maneiras distintas. Essas
posições são exemplificadas no desenho 13.
Desenho 13 – Tipos de empenagens
Fonte: CREPALDI, et al., 2013
3.1.4 Trem de pouso
A principal função do trem de pouso é permitir o contato da aeronave com o
solo, permitindo o avião realizar manobras para taxiamento5
, decolagem e pouso. Existem
diferentes configurações no trem de pouso, podendo também variar o número de rodas a
depender das dimensões da aeronave. Existem dois componentes essenciais: rodas principais e
bequilha. As primeiras são dimensionadas para suportarem o peso integral da aeronave sozinha,
a segunda tem como função o apoio em solo para poder realizar manobras em pista. O trem
de pouso pode ser fixo ou móvel, em que ele é retraído ao longo do voo. Pode ser na
configuração triciclo, as duas rodas principais abaixo das asas e a bequilha na dianteira da
aeronave, ou a configuração convencional, com as rodas principais na dianteira e a bequilha na
parte traseira da aeronave, conforme ilustrado no desenho 14.
5
O taxiamento é o termo aeronáutico para descrever a movimentação do avião em pista, preparando-se para
decolar, ou depois de pousar (Michaelis Moderno Dicionário da Língua Portuguesa, 1998).
59. 59
Desenho 14 – Tipos de trem de pouso
Fonte: ROSKAM, 2000, adaptado pelo autor
3.1.5 Grupo motopropulsor
O grupo motopropulsor, como o nome sugere, é o responsável por fornecer força
para movimentar a aeronave, seja em solo ou em voo. Os componentes principais são:
carenagem, parede de fogo, motor, hélice e spinner, conforme desenho 15.
Desenho 15 – Principais componentes do grupo motopropulsor
Fonte: RODRIGUES, 2011
A carenagem possui a função de proteger o motor, isolar acusticamente, assim
como promover melhores características aerodinâmicas à essa região. A parede de fogo deve
ser isolada o suficiente para manter afastado todo calor proveniente do motor à fuselagem. O
motor será o responsável em desenvolver a energia mecânica a ser transmitida à hélice. Esta
60. 60
deverá fornecer empuxo o suficiente para a aeronave permanecer em voo controlado. O spinner
deve proteger a hélice, assim como conferir melhores características aerodinâmicas à aeronave.
3.1.5.1 Motores
Existem diferentes métodos de propulsão em aeronaves, sendo que a maioria
utiliza combustíveis para obtenção de energia mecânica. Dentre os mais usuais são os
turbojatos, turbofan, turbo-hélice e pistão. O uso de motores elétricos nas aeronaves civis ainda
ocorre de maneira experimental na indústria aeronáutica, isso porque ainda não foi
desenvolvido um método eficiente e seguro de armazenamento de energia para operar uma
aeronave comercial, por exemplo. A fotografia 12 possui exemplo de um motor elétrico para
aeronave desenvolvido pela Siemens.
Fotografia 12 – Motor elétrico desenvolvido pela Siemens
Fonte: MARTINI, 2015
3.1.5.2 Posicionamento do grupo motopropulsor
O posicionamento do grupo motopropulsor na aeronave influencia diretamente
o comportamento da mesma em voo, como é observado no quadro 3.
61. 61
Quadro 3 – Posições do propulsor na aeronave
Fonte: BARROS, 2001, adaptado pelo autor
O propulsor dianteiro difere do intermediário e do traseiro quanto ao sentido de
voo e sua orientação do motor, as nomenclaturas que determinam esses posicionamentos do
motor relativo ao movimento da aeronave são exemplificadas no desenho 16.
Desenho 16 – Nomenclatura da posição do motor em relação ao sentido de movimento da aeronave
Fonte: CREPALDI, et al., 2013
62. 62
No chamado tipo tractor, o motor está orientado no mesmo sentido de
deslocamento da aeronave. A desvantagem desta configuração é o aumento de arrasto
proveniente do fluxo de ar proveniente da hélice contra a fuselagem. No tipo pusher, o motor
está orientado de forma contrária ao movimento do avião, e o escoamento proveniente da hélice
não encontra a fuselagem da aeronave, reduzindo efeitos do arrasto (BARROS, 2001).
3.1.5.3 Hélices
Algumas aeronaves utilizam hélices acoplado ao motor. Segundo Rodrigues
(2011), a hélice tem a missão de fornecer força de tração necessária ao voo, sendo um aerofólio
trabalhando em trajetória circular. A geometria da hélice deve ser estudada, assim como nas
asas, e uma mudança em sua característica afetará o comportamento da aeronave em voo. Homa
(2010) explica que teoricamente a hélice deve trabalhar realizando a trajetória como num
parafuso, em que avança uma determinada distância a cada revolução. Essa distância é chamada
de passo teórico. Como o ar é um fluido compressível, a distância real é diferente do passo
teórico e sua denominação é de passo efetivo ou avanço. A diferença entre esses passos é
denominada recúo. O desenho 17 ilustra o passo da hélice de uma aeronave.
Desenho 17 – Passo da hélice de uma aeronave
Fonte: HOMA, 2010
63. 63
Existem diferentes configurações de ajustes de hélices conforme seus passos,
possibilitando alteração da performance de voo conforme necessidade da aeronave, conforme
ilustrado no desenho 18.
Desenho 18 – Tipos de hélices conforme o passo
Fonte: HOMA, 2010
3.1.6 Sistema de coordenadas utilizado na indústria aeronáutica
A indústria aeronáutica adota o sistema de coordenadas cartesianas
tridimensionais de modo a descrever o movimento e direção da aeronave em voo. A origem do
sistema é sempre adotada no centro de gravidade do avião, e os três eixos de coordenadas se
interceptam no centroide, formando ângulos de 90 graus entre si. O sentido do sistema de
coordenadas é utilizando a regra da mão direita. São utilizados dois sistemas de coordenadas
distintos, no primeiro o sistema é fixo segundo um referencial inercial na terra e é utilizado para
analisar o movimento da aeronave em relação à um ponto fixo. O segundo sistema é fixo na
aeronave e é conhecido como sistema de coordenadas do corpo (NELSON, 1989). Como o
sistema mais usual é o fixo, é adotado de forma generalizada as coordenadas sem complemento
para especificar a que sistema ela pertence, conforme desenho 19.
64. 64
Desenho 19 – Os dois sistemas de coordenadas aeronáuticas
Fonte: NELSON, 1989, adaptado pelo autor
3.1.6.1 Movimentos da aeronave em voo
Existem seis tipos diferentes que a aeronave pode realizar em voo, em relação
aos três eixos de referência. O avião pode, portanto, ser modelado como um sistema com seis
graus de liberdade. Dentre os possíveis movimentos, três são lineares e três de rotação
(RODRIGUES, 2011).
Os seis possíveis movimentos são:
a) Para frente e para trás ao longo do eixo x (eixo longitudinal), movimento linear;
b) para esquerda e para direita ao longo do eixo y (eixo lateral), movimento linear;
c) para cima e para baixo, ao longo do eixo x (eixo vertical);
d) movimento rotativo ao longo do eixo longitudinal. Movimento de rolamento;
e) movimento rotativo ao longo do eixo lateral. Movimento de arfagem e,
f) movimento rotativo ao longo do eixo vertical. Movimento de guinada.
65. 65
3.1.6.2 Superfícies de controle
As superfícies de controle são as responsáveis a permitir que a aeronave realize
determinados movimentos. Os ailerons são os responsáveis pelo movimento de rolamento, o
profundor é responsável pelo movimento de arfagem e o leme de direção o responsável elo
movimento de guinada, conforme desenho 20.
Desenho 20 – Sistema de coordenadas fixas e movimentos aeronáuticos
Fonte: RUSSELL, 1996, adaptado pelo autor
Os ailerons estão localizados nas extremidades das asas, são estruturas móveis
que são capazes de atuar um binário capaz de movimentar a aeronave a realizar o movimento
de rolamento. O profundor atua com a finalidade de movimentar a aeronave verticalmente,
movimento de arfagem. O leme é capaz de retirar a aeronave de sua direção em voo original
através da rotação do eixo z, movimento de guinada, como ilustrado no desenho 21.
66. 66
Desenho 21 – Exemplo de ação do profundor no movimento de arfagem
Fonte: RODRIGUES, 2011
3.2 ESTUDO AERODINÂMICO DOS PERFIS
Os aviões são máquinas fascinantes devido à sua característica essencial: podem
voar. O motivo para o mesmo é devido à ação aerodinâmica na aeronave. Sem a aerodinâmica,
aviões não voariam, pássaros não sairiam do chão e moinhos não existiriam.
Um bom exemplo para entender a origem da força aerodinâmica é o proposto
por Anderson Jr. (1999) ao fazer um paralelo com as forças de contatos convencionais presentes
no cotidiano. Ao segurar um livro, as forças das mãos são aplicadas no livro devido ao seu
contato direto com o mesmo. A força aerodinâmica, similarmente, é a força exercida num corpo
imerso em um fluxo de fluido devido as mãos da natureza, que são, na realidade, forças devido
à pressão e às tensões de cisalhamento atuando por toda a superfície exposta do corpo (s). As
forças devido a pressão “p” atuam perpendicularmente, enquanto as forças devido ao
cisalhamento “τ” ocorrem paralelo à superfície de contato, conforme ilustrado no desenho 22.
O valor resultante da força aerodinâmica devido a pressão e tensões de cisalhamento é o
somatório de sua distribuição integrado pelo total de superfície exposta ao escoamento.
Desenho 22 – Forças aerodinâmicas devido à pressão (esquerdo) e tensão de cisalhamento (direito)
numa superfície exposta a um escoamento de fluido
Fonte: ANDERSON JR., 1999
67. 67
3.2.1 Força de sustentação, arrasto e momentos
Para melhor entendimento de como surge a força de sustentação num perfil
aerodinâmico o mesmo é retratado no desenho 23 em um escoamento livre com direção
horizontal. O escoamento é denotado como “V∞”, e é chamado popularmente chamado de
vento relativo. A corda do perfil possui em relação ao vento relativo um ângulo “α”, chamado
de ângulo de ataque. A resultante aerodinâmica (R), é inclinada em relação a vertical, e sua
componente vertical é chamada de força de sustentação (L), do inglês lift. A componente de R
paralelo ao vento relativo é denominada arrasto (D), do inglês drag, conforme ilustrado no
desenho 23 (ANDERSON JR., 1999).
Desenho 23 – Forças de sustentação, arrasto e resultante aerodinâmica
Fonte: ANDERSON JR., 1999
A formulação da força resultante aerodinâmica pode ser escrita conforme
equação 2.
𝑅 = − ∫ ∫ 𝑝 ∙ 𝒏 ∙
𝑠
𝑑𝑠 + ∫ ∫ 𝜏 ∙ 𝒌 ∙
𝑠
𝑑𝑠 (2)
68. 68
Onde n e k são vetores normais e tangentes, respectivamente, à superfície
exposta ao escoamento.
Ao analisar as forças atuantes não somente no perfil, mas sim nas asas, é
possível notar que surgirá no eixo normal ao perfil um momento torsor. Caso escolha,
arbitrariamente, uma posição na corda do perfil para transmitir os esforços, essa posição terá
um valor único de momento torsor transmitido. No desenho 24 a posição escolhida foi de um
quarto da corda do perfil, em relação ao bordo de ataque6
, para quantizar o momento torsor do
perfil. Esse momento é chamado de 𝑀𝑐/4 (ANDERSON JR., 1999).
Desenho 24 – Momento torsor em um quarto da corda do perfil
Fonte: ANDERSON JR., 1999
Como a resultante representa o efeito combinado devido a carga distribuída da
pressão e tensão de cisalhamento, existe um lugar geométrico no perfil em que ela possa ser
representada como carga pontual. Este lugar é denominado centro de pressão (CP). Caso trace
um eixo perpendicular a esse ponto, o mesmo não possuirá um momento torsor atuante. Uma
possível definição do centro de pressão, segundo Anderson Jr. (1999), é o lugar geométrico do
perfil aerodinâmico cujo momento torsor é nulo.
3.2.2 Coeficientes aerodinâmicos
Anderson Jr. (1999) afirma que é intuitivo alguns fatores influenciarem nas forças
aerodinâmicas. A velocidade, a densidade do fluido (𝜌∞), o tamanho do corpo com determinada
área de contato com escoamento, o ângulo de ataque do corpo em relação a orientação da
corrente, a viscosidade dinâmica ambiente do fluido (𝜇∞) e a viscosidade cinemática do fluido
(ν) são alguns desses fatores. Não tão intuitivo, mas também importante na composição das
6
Bordo de ataque é a região que o perfil aerodinâmico, em análise em duas dimensões, ou a asa, em três dimensões,
realiza o primeiro contato com o fluido em escoamento (ANDERSON JR., 1999).
69. 69
forças aerodinâmicas, é a compressibilidade do meio em que o corpo está imerso (𝑎∞)7
. Dessa
maneira é possível obter as variáveis das funções das forças e momento aerodinâmico,
conforme indicado nas equações 3, 4 e 5.
𝐿 = 𝐿(𝜌∞, 𝑉∞, s, α, 𝜇∞, 𝑎∞) (3)
𝐷 = 𝐷(𝜌∞, 𝑉∞, s, α, 𝜇∞, 𝑎∞) (4)
𝑀 = 𝑀(𝜌∞, 𝑉∞, s, α, 𝜇∞, 𝑎∞) (5)
Através de uma série de análises adimensionais, surgem coeficientes que
relacionam essas variáveis com os esforços atuantes, são chamados de coeficientes
aerodinâmicos. Onde 𝐶𝐿, 𝐶 𝐷 e 𝐶 𝑀 são, respectivamente, os coeficientes aerodinâmicos de
sustentação, arrasto e momento, conforme indicado nas equações 6, 7 e 8, respectivamente.
𝐶𝐿 =
𝐿
𝑞∞ ∙ 𝑠
(6)
𝐶 𝐷 =
𝐷
𝑞∞ ∙ 𝑠
(7)
𝐶 𝑀 =
𝑀
𝑞∞ ∙ 𝑠 ∙ 𝑐
(8)
Onde c é a corda do perfil. O coeficiente 𝑞∞ é chamado de pressão dinâmica, e
é definido segundo equação 9.
𝑞∞ =
1
2
∙ 𝜌 ∙ 𝑉∞
2
(9)
As demais variáveis estão presentes na determinação dos números de Reynolds
(Re) e de Mach (𝑀∞), conforme equações 10 e 11.
7
A compressibilidade do meio (𝑎∞) varia conforme a velocidade do som no mesmo. Maior a compressibilidade,
menor a velocidade do som (ANDERSON JR., 1999).