Trabalho Asa (1)

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Projeto de um aeromodelo

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NDICE

Parmetros de projeto pr-definidos______________________________________4Objetivos___________________________________________________________5Introduo__________________________________________________________5Tubos de alumnio e regimes de trabalho__________________________________6

Projeto aerodinmico________________________________________________11Projeto das longarinas________________________________________________13Concluses________________________________________________________15Referncias________________________________________________________15Parmetros de projeto pr-definidosForam definidos parmetros para a realizao do projeto das longarinas de uma asa. Estes parmetros foram:

1. rea da asa mxima de 0,4m;

2. Razo de aspecto entre 6 e 10;

3. Utilizao de um material com caractersticas bem definidas.

4. Peso total da aeronave de 15KG a 20 KG

5. Fator de segurana de 1,5.

6. O carregamento sobre a asa deve ser um carregamento distribudo de forma uniforme do centro da asa at 2/3 de cada semi envergadura e um carregamento distribudo de forma triangular de 2/3 da semi envergadura at as pontas, como exemplificado na Figura 1.

Fig. 1: Vista frontal da semi-envergadura da asa com suas respectivas medidas em cm e seu carregamento distribudo em Kgf. OBJETIVOS Criar uma asa, com propores de um aeromodelo, para uma competio de aero design seguindo os parmetros apresentados no tpico anterior.Sendo longarinas capazes de sustentar a massa da aeronave em uma situao pr-estol, ou seja, em uma situao em que o carregamento mximo nas longarinas seja igual ao peso total da aeronave. Foi necessrio escolher um perfil aerodinmico e calcular os coeficientes aerodinmicos para definir as dimenses da asa e das longarinas. Com estas caractersticas devemos projetar a asa com os conhecimentos adquiridos em sala, desde a anlise de disposio dos componentes estruturais das asas, foras que atuam sobre uma asa, e os clculos de carregamentos sobre a mesma. Podendo sofrer mudanas no meio do projeto para um melhor desempenho estrutural da asa.

INTRODUOAs foras que atuam sobre a asa esto diretamente ligadas sua funo, gerar sustentao. O fato de gerar sustentao submete a asa foras causado pelo fluxo de ar sobre sua superfcie, gerando uma fora para cima e para traz da asa. Tal fora a mais simples e mais estudada em aerodinmica, chamada resultante aerodinmica.

Mas alm desta fora, outras foras atuam sobre a asa, levando em considerao que a asa deve manter a aeronave em voo fcil perceber que a mesma deve suportar o peso da aeronave, sendo resistente a uma carga superior ao peso da aeronave.

Algumas frmulas aerodinmicas e outros conceitos so importantes:

Coeficiente de Reynolds

O coeficiente de Reynolds um fator adimensional usado para clculo do regime de escoamento de um fluido qualquer sobre uma determinada superfcie. O coeficiente de Reynolds base para o estudo da mecnica dos fluidos e utilizado no projeto de asas de avies. O conceito fsico desse fator :

.

Foras de sustentao

Para que uma aeronave voe necessrio que a mesma possa se sustentar no ar. No caso de um avio, o papel de sustentao desempenhado pela asa.

Existem vrios coeficientes adimensionais usados no estudo aerodinmico, e dentre eles, existe o coeficiente de sustentao que dado por:

.

Razo de aspecto

a razo entre envergadura e corda de uma asa. Em nosso caso, essa razo de aspecto ser de aproximadamente de 8,18 (1,8m/0,22m=8,181818...).Longarina e foras

Longarina a parte de uma asa que consiste de uma viga que resiste s foras aplicadas e geradas na asa da aeronave. No caso, as longarinas desse projeto, foram feitas de tubo de alumnio e a distribuio de carregamento representada na Fig.1.TUBOS DE ALUMNIO E REGIMES DE TRABALHOTubulaes de alumnio so mais leves, gerando menor peso e dinamismo na execuo do projeto. Segue uma breve tabela (Tab. 1) para tubos macios:Tubos macios

Fig. 2: pefil tubo macioPerfilDimenses A (mm)Peso (KG/m)

V-0488,000,136

V-00210,000,212

V-06213,000,360

V-00615,000,477

V-00919,050,770

V-05924,001,225

Tab. 1 alguns valores com dimetros interessantes para as longarinasNo entanto, na aviao importante sempre aperfeioar alguns valores em contribuio da sustentao e trao, e diminuio no peso e arrasto. Por isso, pensou-se que seria melhor o uso de tubos ocos de alumnio (tubos vazados), como apresentado na Fig. 3 e Tab. 2. Tubos vazados

Fig. 3: perfil tubo ocoPerfilDimenses (mm)Peso (kg/m)

AS

KR-10029,521,000,072

KR-13899,522,200,136

KR-101112,71,000,099

KR-101312,72,000,183

KR-103615,871,000,126

KR-103815,871,580,191

KR-104015,872,380,272

KR-105419,051,000,153

KR-105519,051,240,187

KR-105719,052,000,289

KR-105919,053,170,427

KR-133722,221,250,223

KR-107222,222,500,418

KR-107925,401,000,207

KR-133225,401,300,265

KR-108125,402,000,397

KR-108325,403,170,598

KR-109628,571,580,362

Tab. 2: Perfis interessantes para longarinas

A nova tabela apresenta alguns resultados mais benficos para aplicao dos tubos como longarinas: o peso (kg/m) agora est bem menor do que no caso de barras macias. Conclui-se que o tubo ideal ser um vazado.

A escolha do dimetro dica entre uma medida de aproximadamente 10mm e 22mm em A. Um valor mediano entre os dois parece ser interessante para os testes de resistncia e esforos. Os perfis KR-1079, KR-1332, KR-1081 e KR-1083 tm o mesmo A de 25,40mm, mas a espessura (S) de 1mm; 1,30mm; 2mm; e 3,17mm respectivamente. Primeiramente, a escolha ser do KR-1079. Pois possui o menor peso por metro. No clculo dos esforos se confirmar se a escolha ideal. Os perfis potenciais pra o uso esto na Fig. 4. A escolha deve-se, at o momento, devido a espessura da asa de 30,8 mm (distncia do ponto mximo do extradorso para o mnimo do intradorso).KR-107925,401,000,207

KR-133225,401,300,265

KR-108125,402,000,397

KR-108325,403,170,598

Fig. 4: Perfil KR-1079 em vermelho, pois parece o mais vivel pra o uso. A confirmao exata de seu uso ser feita pelos clculos.

Outras medidas interessantes so daquelas com dimetro de 15,87 mm. Que se funcionarem nos clculos de esforos, deixar a asa com um peso menor. A Fig. 5 apresenta os perfis.KR-103615,871,000,126

KR-103815,871,580,191

KR-104015,872,380,272

Fig. 5: perfis que tambm podem ser viveisRegime plstico e elstico

A curva tenso-deformao uma descrio grfica do comportamento de deformao de um material sob carga de trao uniaxial. A curva obtida no chamado ensaio de trao, como mostra Fig. 06. O ensaio consiste em carregar um corpo de prova, submetendo-o a uma carga de trao que aumenta gradativamente. Os valores de carga e deslocamento so medidos continuamente ao longo do ensaio e traada a curva de comportamento, mostrada Fig.07. Tomando os valores de engenharia tanto para a tenso como para a deformao.

Pode-se dizer que para materiais metlicos existem dois formatos tpicos de curvas: as curvas para os metais dcteis e as curvas para os metais frgeis.Em termos genricos pode-se dizer que:

Um material dctil aquele que pode ser alongado, flexionado ou torcido, sem se romper. Ele admite deformao plstica permanente, aps a deformao elstica. A deformao plstica em geral acompanhada de encruamento, que ser explicado adiante. Na curva tenso deformao destes materiais, a regio plstica identificvel. O ponto de escoamento determina a transio entre as fases elstica e plstica.

Um material frgil rompe-se facilmente, ainda na fase elstica. Para estes materiais o domnio plstico praticamente inexistente, indicando sua pouca capacidade de absorver deformaes permanentes. Na curva tenso deformao, a ruptura se situa na fase elstica ou imediatamente ao fim desta, no havendo fase plstica identificvel.

Fig.6 Comportamentos de tensoOs dados obtidos no ensaio de trao so designados da seguinte maneira:

Fig. 7- Grfico regime elstico e plsticoPara uma maior segurana no podemos adotar como a operao mxima possvel de nossa viga o regime plstico. Seu fator mximo deve estar dentro do regime elstico, garantindo uma vida de funcionamento maior e evitando, em caso de uma operao extrema, a ruptura da viga. A operao elstica de operao garante tambm a funcionalidade da asa em voo, com as foras que atuam sobre a mesma, a asa sofre foras constantemente e deve voltar a sua posio natural de funcionamento .

Projeto aerodinmico

O projeto aerodinmico da asa foi feito atravs do programa XFlyer 5.

Para se dimensionar uma longarina, primeiro necessrio dimensionar a asa e estudar os carregamentos na mesma.

Para o projeto da asa foram escolhidos dois perfis para teste, ambos de baixo Reynolds e alta capacidade de carga.

Os perfis escolhidos foram:

1. Selig 1223

2. FX_74_CL5_140

Foram feitas as anlises de cada perfil no XFlyer 5, anlises que apresentaram os seguintes resultados como mostrado na Fig. 8 e Fig. 9.

Fig. 8: perfil Selig 1223

Fig. 9: perfil FX_74_CL5_140

Aps feitas as anlises, foi decidido pelo uso do aeroflio FX_74_CL5_140, pois como pode ser observado nos grficos acima esse aeroflio possui uma ligeira vantagem de Cl em relao ao Selig 1223 e ainda consegue gerar sua maior sustentao com um ngulo de ataque menor. Em ambas as anlises, foi considerado um fator de Reynolds entre 500.000 e 1.000.000.

Feita a escolha do aeroflio foi preciso definir uma rea de asa. Como especificado em projeto, a massa da aeronave deve ser entre 15 e 20kg, a razo de asa deve ser entre 6 e 10 e a rea mxima de asa deve ser de 0,4m. Sendo assim, foi defin