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1 Relatório final Setembro de 2006 Resumo Executivo A equipe Keep Flying, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, é participante da SAE Aerodesign Brasil, uma competição organizada pela SAE (Sociedade dos Engenheiros da Mobilidade) junto com a Embraer. Nela, estudantes de engenharia, física e ciências aeronáuticas devem colocar em prática o conteúdo teórico obtido em sala de aula, com o desenvolvimento de uma aeronave que consiga, dentro das restrições do regulamento, carregar o máximo de carga útil possível. Na competição de 2006 participaram 65 equipes de 13 estados mais o Distrito Federal, além de duas equipes venezuelanas e uma portuguesa. Ocorreu no CTA - Centro Tecnológico Aeroespacial em São José dos Campos, onde se concentra, em nosso país, o conhecimento da técnica aeuronáutica. Após carregar uma carga recorde de 12,135 kg, a equipe Keep Flying conquistou pela primeira vez o título, com 193,2 pontos na classificação geral. A segunda colocada na Competição pela Classe Regular foi a equipe Uirá, da Universidade Federal de Itajubá, de Minas Gerais. A aeronave da equipe conseguiu transportar 11,120 quilos e obter 188,5 pontos. Com isso, a equipe ganhou o direito de participar na etapa internacional da competição, o SAE Aerodesign East, que ocorrerá em Fort Worth, Texas, nos dias 4 a 6 de Maio de 2007. Este relatório final contém um resumo de todas as informações sobre o desenvolvimento do projeto 2006 da Keep Flying e do andamento da competição. Imagem 1 – Equipe Keep Flying

363rio Final 2006 v3.doc) - bdferramentas.com.br · 1.1. O que é o Aerodesign O Aerodesign é uma competição de engenharia onde estudantes devem, ... projeto e o know-how de várias

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Relatório final Setembro de 2006

Resumo Executivo

A equipe Keep Flying, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, é participante da SAE Aerodesign Brasil, uma competição organizada pela SAE (Sociedade dos Engenheiros da Mobilidade) junto com a Embraer.

Nela, estudantes de engenharia, física e ciências aeronáuticas devem colocar em prática o conteúdo teórico obtido em sala de aula, com o desenvolvimento de uma aeronave que consiga, dentro das restrições do regulamento, carregar o máximo de carga útil possível. Na competição de 2006 participaram 65 equipes de 13 estados mais o Distrito Federal, além de duas equipes venezuelanas e uma portuguesa. Ocorreu no CTA - Centro Tecnológico Aeroespacial em São José dos Campos, onde se concentra, em nosso país, o conhecimento da técnica aeuronáutica.

Após carregar uma carga recorde de 12,135 kg, a equipe Keep Flying conquistou pela primeira vez o título, com 193,2 pontos na classificação geral. A segunda colocada na Competição pela Classe Regular foi a equipe Uirá, da Universidade Federal de Itajubá, de Minas Gerais. A aeronave da equipe conseguiu transportar 11,120 quilos e obter 188,5 pontos.

Com isso, a equipe ganhou o direito de participar na etapa internacional da competição, o SAE Aerodesign East, que ocorrerá em Fort Worth, Texas, nos dias 4 a 6 de Maio de 2007.

Este relatório final contém um resumo de todas as informações sobre o desenvolvimento do projeto 2006 da Keep Flying e do andamento da competição.

Imagem 1 – Equipe Keep Flying

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1. Introdução

1.1. O que é o Aerodesign O Aerodesign é uma competição de engenharia onde estudantes devem, dentro das restrições do regulamento, projetar e construir uma aeronave tipo aeromodelo que carregue o máximo de carga útil possível (o peso da aeronave não é carga útil).

1.2. Edições do Aerodesign Existem três edições do Aerodesign, o Aerodesign East, Aerodesign West (ambos nos EUA) e o Aerodesign Brasil. Neste último, os dois primeiros colocados da categoria Regular e o campeão da categoria Aberta ganham direito de participar das edições americanas, onde vão equipes de vários países.

1.3. Regulamento A principal regra do Aerodesign é aquela que, dentro de algumas restrições (que variam de acordo com o ano), seja projetada e construída uma aeronave que seja capaz de carregar o máximo de carga possível. Para que na competição o vôo seja computado na pontuação, o avião deve:

• Decolar dentro de uma pista de 61 metros; • Realizar uma volta de 360 graus e pousar dentro da pista; • Não perder nenhuma peça durante todo o procedimento de vôo;

1.4. Pontuação:

A pontuação abaixo se refere ao Aerodesign Brasil 2006, porém é bastante semelhante às edições internacionais e de outros anos.

Relatório de projeto: Por volta de 2 meses antes da competição as equipes devem entregar relatórios técnicos contendo todo o raciocínio adotado para o projeto do avião. São avaliados critérios como aerodinâmica, estabilidade, estruturas, desempenho e projeto. A pontuação máxima do relatório é de 80 pontos, sendo que as melhores equipes obtêm por volta de 50 a 60 pontos.

Apresentação oral: No primeiro dia de competição as equipes devem fazer uma apresentação de 15 minutos para a banca examinadora sobre o projeto que elas desenvolveram. Como a própria organização diz, a intenção é que as equipes “vendam” seu projeto, mostrando que são melhores que as dos

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concorrentes. Após a apresentação a comissão julgadora faz algumas perguntas. A pontuação máxima é de 20 pontos, sendo que os primeiros colocados obtêm de 15 a 17 pontos.

Carga útil carregada: São dados 8 pontos para cada quilograma de carga útil carregada. A Keep Flying, por exemplo, carregou 12,135 kg de carga útil, totalizando 97 pontos.

Pouso em 122m: O avião deve tocar a pista e parar completamente em 122m. Para isso podem ser utilizados freios, por exemplo, desde que o avião não saia da pista ou perca alguma peça. Se isso for realizado, são ganhos 2 pontos. http://www.software995.com/

Acuracidade: Uma bonificação adicional é dada se durante o vôo foi carregada uma carga próxima àquela prevista em projeto. Quanto mais perto a carga carregada for da prevista, maior a pontuação (para um máximo de 20 pontos).

Eficiência estrutural: Eficiência estrutural é a relação Carga útil/Peso do avião. Quanto melhor esta relação, maior a bonificação (ou seja, deve-se fazer o avião mais leve possível capaz de carregar o máximo de peso possível). A Keep Flying, por exemplo, carregou uma carga 3,3 vezes maior que o peso do avião.

1.5. Restrições de projeto 1.5.1. Brasil

O regulamento da edição brasileira de 2006 para a categoria Regular propôs como restrição de projeto que fosse construída qualquer tipo de aeronave que coubesse num “hangar” com um certo volume. Visto de cima, ele teria forma de um losango, com 2,4 m de largura e 2,8 m de comprimento. A altura dele é de 70 cm. Além disso, há também a restrição de motor para um modelo pré-determinado, o que faz com que todas as equipes tenham a mesma potência disponível. Porém, a escolha das hélices é livre, sendo necessário um estudo para definir seu melhor rendimento.

1.5.2. East

Imagem 2 – Apresentação oral

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No Aerodesign East, a restrição de motor é a mesma. O avião poderá ser feito com qualquer dimensão, porém sua área de asa (quando visto de cima) deverá ter no máximo 1000 polegadas quadradas (cerca de 0,65 m²). 2. Equipe Keep Flying

2.1. Histórico Criada em 2003, a equipe Keep Flying consta na sua quarta edição com 18

membros, vindos das mais diversas áreas da engenharia, incluindo mecânica, mecatrônica, naval e elétrica. Esta variação de especializações, que não ocorre em muitas equipes participantes, proporciona a vantagem de se haver diversos conhecimentos técnicos e modos de pensar na equipe. As duas edições anteriores no qual a equipe participou, obteve-se um 41° lugar em 2003 e 34° lugar em 2004. Apesar do resultado final nas competições passadas, a equipe adquiriu a experiência do planejamento e desenvolvimento do projeto e o know-how de várias técnicas e materiais que eram utilizados. Com isso, alguns erros puderam ser corrigidos, e uma melhor eficiência na equipe foi obtida. Entre alguns pontos positivos da evolução da equipe para o ano de 2005 podemos citar a passagem de conhecimento para novos integrantes, melhor organização interna da equipe e desenvolvimento de novos estudos. Após estas melhorias, a equipe de 2005 conseguiu um inédito terceiro lugar na classificação geral. Pela primeira vez a Escola Politécnica trazia um troféu da competição para casa.

2.2. Keep Flying em 2006 Após os bons resultados obtidos em 2005, a equipe de 2006 focou-se em

melhorar pontos ainda falhos, tanto na área de estudos quanto administrativas, para atingir o ambicioso objetivo de ser campeã.

Destaca-se neste período o fortalecimento de obtenção de recursos, tanto na quantidade adquirida como um estreitamento no relacionamento equipe – patrocinador. Também novas metodologias de projeto foram empregadas, mais testes de vôo foram realizados e pela primeira vez foram feitos testes em túnel de vento.

Com as informações obtidas durante os vôos testes, foi possível adotar uma estratégia mais agressiva na competição, fator determinante na conquista do campeonato.

3. Projeto

3.1. Metodologia de projeto

Com base nas restrições de projeto dadas no regulamento, a metodologia foi descrita nas seguintes etapas:

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Potência disponível: Análise da potência disponível no motor e na escolha da hélice que traz melhor desempenho à aeronave.

Modelagem: Modelar as principais forças atuantes no avião de modo que ela possa ser implementada em um programa de computador. Com isso, podemos definir quais são os parâmetros fixados no projeto e quais são as variáveis que queremos otimizar.

No caso, foi definido que a característica a ser otimizada do avião seria a área das asas, fator que melhora a sustentação do avião, porém também aumenta as forças de resistência do ar com o avião (forças de arrasto). Após as simulações, foi observado que um avião com área de asa de 2m² seria o mais eficiente, dado a pista de 61 m.

Aerodinâmica: Após esta primeira definição, foram feitas análises como o perfil da asa a ser utilizada (que determina a sua sustentação) e o número de asas (foram utilizadas duas asas, chamado de biplano). Com a utilização de duas asas, foi decidido a utilização de asas laterais menores que ligariam as pontas delas, configuração esta chamada de “boxwing” (pois visto de frente vemos a asa em formato de “caixa”. Este dispositivo visou a diminuição das forças de arrasto, e foram feitos vários testes do avião com e sem ela para analisar sua viabilidade.

Hangaragem: Determinado os principais parâmetros, o avião foi sendo modificado de modo que ele coubesse dentro do volume definido pelo regulamento. Neste ponto também foi definido as dimensões da cauda, fator importante para a estabilidade e controle do avião, e que é muito dependente do espaço disponível para colocá-la.

Estruturas: paralelamente ao projeto aerodinâmico, foi sendo realizado o projeto estrutural do avião, que tinha como principal função a diminuição do peso do avião (pois cada 1 kg que o avião pesa a mais é 1 kg de carga útil máxima carregada a menos, além de piorar a bonificação Eficiência Estrutural).

Foram testados vários materiais de alta tecnologia para isso, tais como fibra de carbono e kevlar. O peso final do avião ficou em torno de 3,6 kg, o biplano mais leve da competição. Aviões de apenas uma asa, apesar de serem mais leves, também carregavam menos carga útil.

3.2. Protótipo

Após dimensionamento do avião, foi realizado o primeiro projeto construtivo, que seria o protótipo. Sua função é testar na prática os estudos teóricos e comprovar se estamos em direção ao caminho correto ou não.

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O protótipo foi testado em túnel de vento para que suas características aerodinâmicas fossem medidas em várias velocidades e ângulos de inclinação diferentes (chamado de ângulo de ataque). Com isso, podemos prever o funcionamento do avião e, após novas simulações com esses dados, fizemos a previsão de carga útil máxima a ser carregada de acordo com as condições climáticas.

Finalmente, o protótipo foi levado para voar, para que o

piloto se certificasse sobre o comportamento do avião e a carga que ele consegue carregar. Foi necessária uma pequena alteração na cauda para melhorar sua controlabilidade.

Feito isso, o projeto final estava pronto para ser desenvolvido. 3.3. Testes

Finalmente, o avião final foi projetado. Após cerca de um mês de construção,

ele foi levado para testes finais para que o piloto pudesse conhecer seu comportamento e para comprovar a capacidade de carga.

Foram realizados no total 7 vôos, ao longo de três dias, em que foram realizados algumas correções e ajustes finais para o avião estar perfeito para a competição.

No primeiro vôo, um fato inusitado aconteceu: Por problema de conexão elétrica, o piloto perdeu o controle sobre o profundor (parte móvel da cauda que controla a inclinação do avião). Com isso, o avião ficou fora de controle, sempre embicando para cima, inclusive dando um looping! Com o avião fora de controle, era quase certo que o avião iria cair e não sobrar nada, porém o piloto conseguiu, apenas ajustando a potência do motor, fazer um pouso de emergência tornando os danos do avião a um mínimo!

Imagem 3 – Protótipo sendo preparado para vôo

Imagem 4 – avião em vôo teste

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Enquanto os testes eram realizados, parte da equipe permaneceu na oficina construindo o avião reserva.

4. Competição

4.1. Quinta feira O primeiro dia de competição foi o dia das apresentações orais. Cada uma

das mais de 60 equipes inscritas deveriam, em 15 minutos, fazer uma apresentação de seu projeto e depois responder a uma série de perguntas feitas pelos juízes. Integrantes de outras equipes podem também ver a apresentação dos outros. Enquanto isso, as equipes que não tinham apresentação em andamento poderiam expor seus aviões em um saguão.

Foi neste dia também que foram divulgadas as notas dos relatórios de projeto, entregues há 2 meses atrás. Neste quesito, a melhor equipe foi a da UnB (Universidade de Brasília), chamada Draco Volans. A outra equipe da Escola Politécnica, Poli Aclive, obteve pela segunda vez consecutiva o terceiro lugar geral no relatório. A Keep Flying ficou apenas em 14. 4.2. Sexta feira

A sexta feira foi o primeiro dia de vôos das equipes. Foi dado início à

qualificação, onde cada uma das 59 equipes da categoria Regular deveriam carregar no mínimo 3 kg de carga útil para continuar na competição. Foram dadas três chances, que se estenderam até sábado, para realizar tal vôo. Também voaram as equipes da outra categoria, a classe Aberta, que possuía

maior capacidade de carga. Pela manhã, uma boa notícia:

a Keep Flying obteve a segunda melhor nota da apresentação oral do dia anterior, sendo que o primeiro lugar ficou novamente para a equipe Draco Volans.

Através de uma estratégia ousada, baseada nos resultados de seus testes, a equipe decidiu colocar uma carga útil considerável logo na primeira

tentativa de vôo, para que pudesse usar as outras baterias para vôos mais arriscados. Com

isso, um vôo bem sucedido com carga útil de 11,2 kg foi realizado.

Imagem 5 – uma das 59 equipes participantes

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Como esses valores não foram divulgados até o fim da qualificação (no sábado), nenhuma equipe saberia disso e usariam uma estratégia mais conservadora, isto é, utilizar uma carga de, no máximo, 7 kg para fechar sua qualificação. 4.3. Sábado

Segunda e terceira tentativas de vôo das equipes que não conseguiram

realizar o vôo de sexta. Das 59 equipes que compareceram, apenas 26 fizeram o primeiro vôo bem sucedido.

Durante a parte da tarde, a divulgação dos resultados da qualificação: a equipe Keep Flying, por causa da carga carregada, estava disparada na frente, com 190,3 pontos, seguida pela equipe Tucano, da Universidade Federal de Uberlândia, com 144,5 pontos. Em terceiro lugar, a equipe Obelix, da Escola

de Engenharia Mauá, com 134,4 pontos.

A quarta bateria foi totalmente fora do esperado para as equipes. Por causa da larga vantagem da Keep Flying, houve a necessidade de se partir logo para uma estratégia mais arriscada com o uso de mais carga útil possível para diminuir essa vantagem, sendo que isso resultou em várias tentativas de vôo mal sucedidas.

A Keep Flying, por outro lado, definiu como próxima meta carregar 12 kg, sendo que para isso seria utilizado o avião reserva, que foi finalizado no próprio dia. Infelizmente sua vida foi bastante curta, caindo logo após a decolagem, forçando a equipe a ficar a madrugada acordada fazendo os reparos necessários. 4.4. Domingo

Domingo, último dia da competição. Mesmo após a quarta bateria mal sucedida da Keep Flying, a equipe ainda se mantinha na liderança, porém várias equipes chegaram no encalço, em particular a equipe Uirá, da Universidade Federal de Itajubá, que estava apenas a 3,5 pontos atrás.

Imagem 6 – Equipe trabalhando nas peças do avião

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Com uma margem tão pequena, era necessário de qualquer modo que um novo vôo fosse validado para manter uma margem mais segura, e ainda asism torcer para que as outras equipes não tivessem sucesso em suas tentativas.

E de fato, elas não tiveram. Com os fortes ventos durante a manhã e a carga excessiva carregada, usando a estratégia do “tudo ou nada”, todas as equipes que seriam adversárias diretas ao título não conseguiram completar seus vôos. A Keep Flying também não conseguiu realizar a nova tentativa de levantar 12,1 kg, devido a problemas no motor.

Na parte da tarde, a última bateria: ao refazer as contas para melhorar a pontuação, a Keep Flying decidiu aumentar mais 40 gramas no peso que já estava no limite, e torcer para que as 4 outras equipes que ainda estavam disputando o campeonato não tivessem sucesso.

Foi neste momento que a equipe mostrou para que veio: novamente, todos os outros não conseguiram levantar vôo por causa das condições extremas em que os aviões estavam, porém o avião da Keep Flying conseguiu realizar a missão de carregar 12,135 kg, e tinha total condições de carregar mais meio quilo caso fosse necessário.

Como estava anoitecendo, a organização decidiu encerrar as baterias de vôo. Só restava a equipe a comemorar a vitória e ir ao jantar de encerramento oficializar os resultados.

5. Resultados Finais

Após um ano de trabalho, durante o jantar de encerramento da competição foram anunciados os vencedores da competição. A equipe Keep Flying sagrou-se campeã da classe Regular do VIII Aerodesign Brasil, com a menção honrosa de maior carga levantada, 12,135 kg. Além disso, foi a equipe com a segunda melhor apresentação oral e segunda maior eficiência estrutural (perdendo para a equipe EESC Alpha da Escola de Engenharia de São Carlos).

Imagem 7 – Keep Flying comemorando o título

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Com isso, a equipe ganhou o premio de R$8.000,00 da SAE e o direito de participar do Aerodesign East, junto com a equipe Uirá da Universidade de Itajubá (segunda colocada) e a Equipe EESC Charlie, da Escola de Engenharia de São Carlos, campeã na classe aberta. 6. Gastos no período

Os seguintes gastos foram previstos no orçamento para 2006:

Equipamentos R$ 2.400,00

Testes e pesquisa R$ 1.900,00 Protótipo R$ 1.265,00

Aviões finais R$ 1.890,00 Equipamentos de aviônica R$ 300,00

Transporte e estadia R$ 2.000,00

Total R$ 9.755,00

Por sua vez, os gastos aproximados do ano estão dados abaixo:

Materiais e ferramentas R$ 1.818,07

Testes e pesquisa R$ 115,23

Protótipo

Isopor e madeira R$ 283,58

Carbono R$ 310,55

Outros R$ 289,42

Total R$ 883,55

Aviões finais

Corte de madeira R$ 1.280,23

Materiais (carbono) R$ 898,83 Outros materiais R$ 1.120,03

Total R$ 3.482,14

Equipamentos de aviônica R$ 98,60

Transporte e estadia

Hotel R$ 2.550,00 Combustível R$ 360,00

Total R$ 2.910,00

Outros gastos

Plotagem R$ 200,00 Camisetas R$ 855,00

Outros gastos R$ 120,00

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Total R$ 1.175,00

Total geral R$ 10.482,59

Algumas observações sobre os gastos:

Materiais e equipamentos: a disparidade entre os preços finais e se deve principalmente por causa de dois fatores: primeiro não houveram gastos com ferramentas, pois a Black & Decker gentilmente nos disponibilizou algumas delas (lixadeira, serra tico-tico, parafusadeira, retífica e furadeira). O segundo fator é que houveram algumas compras adicionais de servomotores (que custaram R$600,00) não previstos inicialmente.

Testes e pesquisa: Neste ponto, os custos foram muito menores do que os previstos por causa do uso de materiais compósitos fornecidos pela Alltec, que têm o maior peso nos custos finais. Também foram realizados menos testes do que o esperado.

Protótipo: Os custos do protótipo se mostraram um pouco mais baixo do que os previstos devido à redução de custos dos materiais.

Aviões finais: Os aviões foram o fator de maior disparidade do orçamento, tendo quase o dobro do custo do previsto. Parte disso se dá ao serviço de corte de madeira a laser, não previsto em projeto (R$1300,00), e ao material plástico de revestimento das asas (Aracover, que custou R$1100,00). Novamente houveram reduções de custo em outros materiais (principalmente carbono fornecido pela Alltec). Tanto o corte quando o Aracover poderiam ter sido substituídos por opções mais baratas, porém elas aumentariam o tempo de fabricação e o peso final dos aviões.

Equipamentos de aviônica: houveram baixos custos de equipamentos de aviônica porque a placa com a maior parte do equipamento necessário foi fornecido pela Lynx.

Transporte e estadia: Houve um aumento de R$900,00 devido ao acréscimo de um dia da competição e mais gente alocada do que o previsto (18 contra 15 previsto anteriormente). Devido aos custos, cada integrante pagou integralmente sua estadia e sua parte de combustível, ao contrário dos 50% definidos antes).

Outros gastos: Nesta parte incluem gastos não previstos em projeto, como confecção de camisetas (os membros da equipe as pagaram integralmente) a plotagem dos projetos e impressão dos relatórios (que custaram bem mais do que o imaginado, também pago pela equipe) e outros imprevistos.

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Total geral: considerando todos os gastos financeiros da equipe, pode-se

esperar que os gastos finais foram relativamente próximos do previsto (diferença de cerca de R$600,00), porém deve-se ressaltar que alguns patrocinadores contribuíram de maneira não financeira no projeto, principalmente na parte de ferramentas e materiais, o que elevaria os custos totais do projeto 2006 para algo em torno de R$13.500,00. 7. Divulgação

7.1. Exibição dos patrocinadores

Houveram quatro formas principais de divulgação das empresas e instituições que apoiaram o nosso projeto:

• Confecção de 50 camisetas com os logotipos nas costas; • Adesivos com logotipos na aeronave; • Uso de equipamentos e exposição de logomarcas dos patrocinadores no

Box da competição • Divulgação dos principais apoiadores no sistema de som da competição

(havia um locutor que gentilmente cedeu espaço para nossos apoiadores algumas vezes)

7.2. Divulgação do evento

Imagem 8 – Avião com adesivo dos patrocinadores

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Alguns canais de comunicação foram na competição fazer algumas

filmagens. Pela própria natureza do Aerodesign, ela é um evento de grande interesse para divulgação na mídia.

As principais mídias que se apresentaram no evento foram a TV Bandeirantes (cuja matéria sobre o Aerodesign foi exibida no Jornal da Band no fim de semana da competição) e a Rede Globo, através de sua filiada Tv Vanguarda. Uma matéria feita especificamente sobre a Keep Flying (pois estava na liderança da competição durante as gravações) foi exibida no Bom Dia Brasil no dia 25 de Setembro.

No evento em si o avião ficou em um lugar de grande circulação de público, gerando grande interesse entre eles. Segundo a assessoria de imprensa da SAE, estima-se que houveram entre 2000 e 3000 visitantes durante os três dias de competição de vôo.

8. Considerações finais

Espera-se que este documento possa ter ajudado a tirar todas as conclusões finais sobre a participação da Keep Flying no Aerodesign Brasil 2006.

Mais uma vez, gostaríamos de agradecer todos os patrocinadores e apoiadores que ajudaram neste projeto que mostrou bem sucedido: Escola Politécnica da USP, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, Petrobrás, Black & Decker, NSK, ESSS, Lynx, Alltec e Aeromaníacos.

Obrigado a todos e rumo aos novos projetos: Aerodesign Brasil 2007 e Aerodesign East 2007.