APIE-DR3 – Otimização aerodinâmica de hélice de asa usando modelos aerodinâmicos não estacionários

Linha de pesquisa: APIE - Integração Aero-Propulsiva em Aeronaves Elétricas
Título: APIE-DR3 – Otimização aerodinâmica de hélice de asa usando modelos aerodinâmicos não estacionários
Orientador: Ney Rafael Sêcco
Co-Orientador: -
Duração: 48 meses
Número de vagas: 1 vaga(s)
Data limite para inscrição: 18/10/2024
Formação esperada: Mestrado em Eng. Aeronáutica ou área correlata
Idiomas: Inglês
Obrigatório processo de seleção / aprovação pelo ITA e inscrição no Programa de Pós-Graduação: Sim
Expectativa de início das atividades: 04/03/2025

Escopo

No contexto do projeto de aeronaves, os modelos de baixa ordem são úteis nas fases iniciais do projeto para identificar rapidamente configurações promissoras. No entanto, análises de alta fidelidade tornam-se necessárias à medida que o projeto amadurece, o que permite aprimorar os níveis de conhecimento e confiança em relação às métricas de desempenho e eficácia da aeronave. Análises de alta fidelidade também ser antecipadas ao projetar configurações não-convencionais de aeronaves devido à falta de dados históricos e experiência de projetos anteriores.

O uso de propulsão elétrica para novos conceitos de aeronaves permite novas possibilidades de integração, como sistemas de propulsão distribuída, levando naturalmente a configurações não convencionais. A integração entre sistemas de propulsão e superfícies aerodinâmicas torna-se um fenômeno importante que deve ser considerado nas fases iniciais de projeto de configurações de aeronaves elétricas.

Ferramentas conceituais de projeto e otimização podem modelar os sistemas de hélice de asa usando métodos Vortex-Lattice, teoria do elemento da pá e métodos de desenvolvimento de esteira para avaliar rapidamente vários projetos com baixo custo computacional (ALBA et al., 2017; HWANG e NING, 2018 ). Simulações RANS estacionárias acopladas a modelos de disco atuador e linha atuadora também podem ser usadas para avaliar e otimizar asas sob efeitos de hélices, mas em um nível de fidelidade mais elevado (STOKKERMANS et al., 2018; CHAUHAN e MARTINS, 2021; PEDREIRO, 2017). Por outro lado, modelos de interação asa-hélice não-estacionários, como Unsteady Vortex Lattice acoplado com Viscous Vortex Particle (TEIXEIRA e CESNIK, 2020), ainda precisam ser aplicados em problemas de otimização de forma aerodinâmica, especialmente devido aos desafios e custo computacional associados a simulações não-estacionárias.

Objetivos

O principal objetivo deste trabalho de pesquisa é desenvolver metodologias para permitir a otimização baseada em gradiente de configurações de asa-hélice analisadas por modelos aerodinâmicos não-estacionários. Isso envolve a seleção e diferenciação de métricas de escoamento não-estacionário para serem usadas como objetivos e restrições do problema de otimização. Algoritmos de otimização baseados em gradiente auxiliados pelo método adjunto serão usados ​​para resolver eficientemente problemas de otimização de alta dimensão.

As configurações ótimas obtidas com simulações não estacionárias serão comparadas com aquelas obtidas com modelos estacionários. Além disso, este trabalho pode criar soluções para lidar eficientemente com problemas de otimização baseados em análises não estacionárias.

Resultados Esperados

O principal resultado desta proposta é a ferramenta de modelagem propwash não-estacionário com custo computacional e recursos adequados para otimização de projeto conceitual de aeronaves. Este tipo de ferramenta possibilitaria a inclusão de métricas relacionadas a fases transitórias da missão, como a transição entre voo vertical e horizontal, na definição de problemas de otimização.

Este estudo também desenvolverá metodologias para lidar com métricas de simulação não estacionária em otimização baseada em gradiente. Além disso, os resultados deste estudo irão auxiliar na compreensão das diferenças entre o uso de modelos estacionários e instáveis ​​nos resultados de problemas de otimização de aeronaves.

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
ney@ita.br