Prediction of wing divergence and control reversal speeds by means of an aeroelastic finite element (2024)
- Authors:
- Autor USP: SILVA, MURILO CAETANO DA - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SAA
- Assunto: xxx
- Keywords: Lifting-Line theory; Euler-Bernoulli beam theory; St. Venant torsion theory; Finite element method; Monolithic coupling; Static aeroelasticity; Wing divergence; Control reversal
- Language: Inglês
- Abstract: Projetos modernos de aeronaves abarcam as atuais tendências de proteção do meio ambiente ao incorporar asas com alto alongamento feitas em materiais compósitos, reduzindo assim o arrasto induzido e parasita e também o peso estrutural, diminuindo o consumo de combustível e a emissão de gases de efeito estufa. Essa combinação comumente resulta em superfícies aerodinâmicas com grande flexibilidade estrutural, o que pode levar a aeronave a condições operacionais inseguras. Além disso, há uma dependência mútua entre a resposta aerodinâmica da aeronave e sua a estrutura. As cargas aerodinâmicas deformam a asa, e essas deformações, por sua vez, alteram as cargas aerodinâmicas, pois elas dependem do formato da asa. Essas considerações destacam a necessidade de um modelo confiável para prever fenômenos aeroelásticos. Análises aeroelásticas são frequentemente feitas a partir de modelos de alta fidelidade, inadequados para as fases de projeto conceitual e preliminar. Portanto, o objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo aeroelástico baseado no método dos elementos finitos que integre graus de liberdade aerodinâmicos e estruturais em um acoplamento monolítico, eliminando a necessidade de interpolações e evitando incompatibilidades no domínio do acoplamento. O modelo aerodinâmico é baseado na teoria da linha sustentadora, enquanto a estrutura é desenvolvida usando as teorias da viga de Euler-Bernoulli e de torção de St. Venant. O acoplamento dos modelos é realizado considerando a influência mútua entre os modelos, com aplicação de condições de contorno usando multiplicadores de Lagrange. O modelo resultante é utilizado para estudar os fenômenos aeroelásticos estáticos de divergência da asa e reversão de comando, garantindo o cálculo das velocidades de ocorrência desses fenômenos.Para realizar tais análises, o modelo é implementado em Python utilizando programação orientada a objetos e modularização. Os módulos aerodinâmicos e estruturais separados, juntamente com o modelo aeroelástico acoplado, foram comparados com casos de referência disponíveis na literatura e com softwares de engenharia bem estabelecidos. O modelo desenvolvido também foi aplicado para a previsão bem-sucedida da ocorrência dos fenômenos de divergência de asa e reversão de comando. Os casos de verificação e aplicação demonstram a robustez e a potencialidade do modelo desenvolvido. Sugestões para refinamentos adicionais da formulação também são propostas.
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2024
-
ABNT
SILVA, Murilo Caetano da. Prediction of wing divergence and control reversal speeds by means of an aeroelastic finite element. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/c525fc1d-20b4-4133-8767-7168772e0e64/PFC_FINAL_Murilo_Caetano_da_Silva.pdf. Acesso em: 28 jan. 2026. -
APA
Silva, M. C. da. (2024). Prediction of wing divergence and control reversal speeds by means of an aeroelastic finite element (Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/c525fc1d-20b4-4133-8767-7168772e0e64/PFC_FINAL_Murilo_Caetano_da_Silva.pdf -
NLM
Silva MC da. Prediction of wing divergence and control reversal speeds by means of an aeroelastic finite element [Internet]. 2024 ;[citado 2026 jan. 28 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/c525fc1d-20b4-4133-8767-7168772e0e64/PFC_FINAL_Murilo_Caetano_da_Silva.pdf -
Vancouver
Silva MC da. Prediction of wing divergence and control reversal speeds by means of an aeroelastic finite element [Internet]. 2024 ;[citado 2026 jan. 28 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/c525fc1d-20b4-4133-8767-7168772e0e64/PFC_FINAL_Murilo_Caetano_da_Silva.pdf
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