Linha de pesquisa: APIE - Integração Aero-Propulsiva em Aeronaves Elétricas
Título: APIE-DR1 – Projeto Avançado de Hélices e Otimização Topológica para Propulsão Elétrica de Aeronaves
Orientador: Jesuíno Takachi Tomita
Co-Orientador: -
Duração: 48 meses
Número de vagas: 1 vaga(s)
Data limite para inscrição: 01/12/2023
Formação esperada: -
Idiomas: -
Obrigatório processo de seleção / aprovação pelo ITA e inscrição no Programa de Pós-Graduação: Sim
Expectativa de início das atividades: 04/03/2024


Escopo

Ao longo dos anos, vários pesquisadores têm trabalhado em melhorias e otimização do projeto de hélices, demonstrando abordagens para minimizar a perda induzida, incluindo metodologias para quantificar a fonte de perda e também melhorando a distribuição da circulação ao longo das pás. O projeto inverso pode ser aplicado para aprimorar a geometria da hélice com base em distribuições de velocidade definidas para procurar um perfil de carga adequado nas superfícies das pás. O Vortex Lattice Method (VLM), Lifting Line Theory (LLT) e Lifting Body Surface Theory (LBS) podem suportar a definição de alguns parâmetros de projeto como o número de pás, o raio da pá e a velocidade de rotação, com foco na eficiência ótima e, em alguns casos, na redução de ruído. A Teoria do Momento combinada com Elemento da Pá (Blade Element-Momentum - BEM) também é uma ferramenta computacional de baixa ordem que captura os efeitos das variações de torção e corda ao longo da lâmina. Um modelo semi-analítico foi desenvolvido para estudar a análise do flutter, baseado no método Rayleigh-Ritz, acoplado ao modelo aerodinâmico instável de Loewy, incluindo a análise da esteira, espessura da pá, efeitos giroscópicos, gravidade e enrijecimento por tensão.

É importante mencionar que o projeto da hélice está fortemente associado ao desenvolvimento de aeronaves. Comparando com os motores turbofan, a propulsão a hélice tem baixo consumo de energia, alta eficiência e baixo custo, o que é interessante para o conceito de projeto de aeronaves elétricas. A atual tecnologia de projeto de hélices apresenta bons resultados mesmo para voos em grandes altitudes, com base em um procedimento de otimização adequado [11]. A utilização de hélices de alta eficiência é interessante no que diz respeito ao conceito de aeronave elétrica, fazendo uso de baterias, ao invés do combustível comum. Os sistemas a bateria podem oferecer eficiência acima de 70% em comparação com os sistemas de combustão atuais que possuem eficiência em torno de 40%.


Objetivos

O projeto ótimo de uma hélice especialmente projetada para sistemas elétricos de aviação pode ter diferentes preocupações e desafios com relação à tecnologia comum aplicada nas configurações de propulsão atuais. Fronteiras tecnológicas serão alcançadas aprimorando a metodologia de projeto visando novas hélices de alta velocidade acopladas a motores elétricos. A tecnologia pode ser estendida para o voo vertical que é uma forma interessante de mobilidade aérea urbana e regional de curta e média distância.


Resultados Esperados

Após a conclusão do projeto de pesquisa, os seguintes resultados são esperados:
- Ferramenta computacional para projetar hélices de alta velocidade para aeronaves elétricas usando métodos de ordem reduzida juntamente com um processo preliminar de otimização e avaliação de ruído.
- Avaliação de projeto avançado de hélice potencialmente aplicável a futuros produtos da Embraer visando mobilidade aérea futura.
- Aprimoramento do conhecimento sobre metodologia e procedimento a serem aplicados no projeto de hélices seguindo as melhores práticas.
- Plataforma de design a ser acoplada ao solucionador de CFD para facilitar a interface do usuário para a equipe de projetistas de hélices.
- Formação de recursos humanos especializados em projeto avançado de hélices.


Informações adicionais

Observação: a bolsa terá o valor de referência FAPESP (https://fapesp.br/valores/bolsasnopais). Benefícios adicionais possíveis. O bolsista deve ter dedicação integral. O trabalho deve ser feito pessoalmente. Local: FLYMOV - ITA Innovation Center, Endereço: CCM, Praça Marechal Eduardo Gomes, 50 - Vila das Acácias, São José dos Campos - SP - CEP: 12228-900


Para candidatar-se

Para candidatar-se, favor enviar CV, preferencialmente formato Lattes, carta de motivação e uma carta de recomendação
jtakachi@ita.br