Dimensionamento preliminar de sistemas de propulsão híbrido-elétrico de veículos eVTOL

Abstract

Está surgindo uma nova classe de veículos que pode transformar o sonho de “carros voadores” em realidade. São aeronaves elétricas ou híbridas que permitem decolagens e aterrissagens verticais e têm potencial para revolucionar o futuro do transporte de cargas e passageiros. O interesse crescente trouxe à tona a urgência de implementar melhorias nas questões tecnológicas ainda não resolvidas. De fato, enquanto a tecnologia de bordo está em um estado avançado, a produção e gestão da energia necessária para operar os chamados eVTOL (Electric Vertical Take-off and Landing), inclusive suas baterias, continuam sendo um fator limitante. O trabalho propõe um método preliminar de dimensionamento de um sistema de propulsão híbrido-elétrico de um veículo eVTOL para aplicação no mercado de mobilidade aérea urbana (UAM). O sistema de propulsão híbrida possui como componentes principais, um motor de combustão associado com um conversor de energia elétrica. O objetivo deste sistema é converter energia elétrica para recarregar as baterias do veículo durante o voo, aumentando assim seu alcance e autonomia de operação. O método proposto resulta da sinergia de duas abordagens distintas. O primeiro é analítico e propõe um modelo numérico para estimar os valores de energia (como potência e consumo específico) necessários para o funcionamento do sistema de propulsão híbrida. O segundo é a análise dos dados de voo da aeronave Cessna 206 anfíbia obtidas por meio de um gravador de dados de voo. As informações de desempenho do motor são importantes para serem utilizadas nas simulações. O modelo matemático iterativo usa como dados de entrada, o peso máximo de decolagem (MTOW) de veículos aéreos, dados de desempenho de motores elétricos obtidos da literatura, dados do motor a combustão da fabricante Lycoming TSIO-520-M (310 hp) utilizado na aeronave Cessna 206, e produzuma estimativa da energia necessária que a propulsão híbrida-elétrica deve fornecer para a aeronave decolar e cumprir a missão. Este trabalho tem como objetivo avaliar a viabilidade da utilização de um sistema propulsivo híbrido aplicado a um veículo eVTOL para o mercado UAM, buscando contribuir na solução de problemas que estão afetando os “grandes players” da indústria aeroespacial e de pesquisa em todo o mundo, por meio de um método de avaliação constituído por um modelo numérico alimentado por dados históricos e validado por dados de voo.