Linha de pesquisa: APIE - Integração Aero-Propulsiva em Aeronaves Elétricas
Título: APIE-DR2 – Configuração de hélices internas e montadas na ponta da asa visando novo projeto conceitual de aeronave
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

O design disruptivo de aeronaves traz vários novos desafios para os engenheiros. Novas tecnologias estão sendo concebidas para melhorar o desempenho das aeronaves reduzindo o consumo de combustível, ruído e emissões. Nessa categoria, insere-se o projeto conceitual de aeronave verde para aviação, principalmente para voos de baixo e médio alcance, utilizados para mobilidade urbana ou voos regionais. Existem várias restrições técnicas a serem avaliadas ao longo dos próximos anos, incluindo eletrificação, baterias, materiais, ruído, vibração, transferência de calor e questões de integração fuselagem/motor. Certamente, um assunto bastante complexo será a influência dos sistemas de propulsão envolvendo a instalação de hélices de tratores que são uma das configurações mais promissoras a serem utilizadas no caso de aeronaves híbridas ou totalmente elétricas. Várias questões são levantadas por pesquisadores de aviação da academia e da indústria sobre diferentes maneiras de permitir uma adoção generalizada de arquiteturas de propulsão e energia para atender a diferentes requisitos como emissões, eficiência, benefícios de desempenho versus investimentos em infraestrutura, certificação e armazenamento de energia. No caso do armazenamento de energia, diferentes sistemas de potência devem ser avaliados para alcançar e obter a convergência tecnológica de abordagens leves e de alta eficiência e possíveis sistemas de hibridação.
Tecnologias modernas e disruptivas estão em evidência na busca por uma configuração energética reduzida. Um exemplo é o projeto Scalable Convergent Electric Propulsion Technology Operations Research (SCEPTOR) da NASA, cujo principal produto é o demonstrador de voo X-57 Maxwell. Com base nesses sistemas de integração célula/motor é possível observar que o projeto da nacele tem uma influência notável nas características do sistema propulsivo e sua modelagem é muito importante para definir o projeto da aeronave, incluindo o procedimento de instalação. O projeto de uma nova aeronave é mais eficaz se considerar o sistema de integração da hélice e da nacele (por exemplo, a posição da nacele e da hélice ao longo da envergadura da asa). Neste caso, pode-se considerar uma hélice instalada tanto na parte interna da asa quanto na ponta da asa. Além disso, é possível considerar um número diferente de hélices/nacelle instaladas ao longo da envergadura e uma maior instalada na ponta da asa. Essas pequenas hélices podem usar sistemas de integração mecânica de alta tecnologia com base nas pás da hélice dobráveis.
Embora o projeto de uma hélice pareça relativamente simples, sua instalação considerando a nacele e o pilone ou uma nacele integrada na asa é muito complexa e multidisciplinar. Um projeto de hélice isolada é insuficiente para fornecer a solução final quando instalada, devido aos efeitos da instalação. A decisão sobre a configuração mais adequada depende dos requisitos de projeto da aeronave e, em geral, técnicas de otimização devem ser aplicadas ao sistema propulsivo integrado para melhorar o desempenho da aeronave .
A aviação verde considerando motores elétricos permitirá que as hélices sejam instaladas em configurações não tradicionais, principalmente porque os motores elétricos têm características distintas dos motores de combustão convencionais como menor peso e volume, vibração reduzida e quase invariância de escala.


Objetivos

A presente proposta de pesquisa de doutorado enfoca a metodologia de projeto de hélices considerando sua instalação célula/motor para diferentes configurações, visando a propulsão futura de aeronaves. Este trabalho irá considerar métodos de ordem reduzida para projetar a configuração da hélice e da asa para obter uma geometria de linha de base adequada do projeto das pás da hélice com sua nacela e instalação da posição da asa. Técnicas de ordem reduzida serão usadas e ajustadas com base nos requisitos da aeronave e do sistema de propulsão. Este procedimento será desenvolvido para ser uma ferramenta direta para a próxima avaliação de alta fidelidade como o uso de CFD para determinar seu campo de fluxo 3D incluindo a possibilidade de otimizar a geometria para aumentar o desempenho da aeronave.


Resultados Esperados

Após a conclusão do projeto de pesquisa, os seguintes resultados são esperados:
- Ferramenta computacional para projeto e sistema de propulsão integrado considerando hélice, nacele e asa com base em métodos de ordem reduzida.
- Avaliação de configurações avançadas de propulsão a serem utilizadas como ferramenta preliminar para a equipe de desenvolvimento de produtos da Embraer visando futuros sistemas de propulsão para mobilidade aérea.
- Aprimoramento do conhecimento sobre metodologia e procedimento a ser aplicado na integração célula/motor seguindo as melhores práticas, utilizando hélices de trator em diferentes configurações de nacele/asa. Plataforma de design a ser combinada com o solucionador de CFD para facilitar a interface do usuário para a equipe de projetistas de hélices.
- Diminuir o tempo de projeto, devido à existência de uma ferramenta numérica especializada para aprimorar e dinamizar a fase preliminar do projeto, fornecendo dados rápidos e confiáveis ​​para o projetista.
- Formação de Recursos Humanos Especializados em Sistemas Disruptivos de Instalação Célula/Motor para Tecnologia de Propulsão Elétrica.


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: 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