Projeto e análise estrutural preliminar de fuselagem treliçada de uma aeronave ultraleve

Abstract

As aeronaves ultraleves vêm se popularizando ao longo das últimas décadas. Nota-se um número crescente de profissionais e entusiastas que buscam formas de construir seu próprio avião, consolidando cada dia mais o mercado das aeronaves homebuilt (fabricação caseira). Todavia, no Brasil, as normas existentes se limitam a registrar esse tipo de aeronaves a aplicabilidade dessa nomenclatura e as regras de operação, não havendo normas próprias que regulamentem o projeto em si de todas as subpartes. Dentro desse contexto, este trabalho tem como objetivo estabelecer um procedimento para determinar os esforços atuantes na fuselagem de uma aeronave ultraleve com base na limitação de peso imposta pela norma brasileira e nos requisitos técnicos de projeto de normas internacionais, para um caso específico do envelope de voo, que é o de máximo fator de carga. Para confecção do design preliminar da fuselagem foram utilizados como protótipos alguns aviões comerciais e particulares da categoria ultraleve. Após reunidas as configurações básicas do veículo, foi possível calcular as cargas que atuam em sua estrutura em duas situações de voo. A primeira ocorre durante o maior fator de carga e a segunda na mesma condição da primeira porém acrescentando-se uma deflexão no profundor, iniciando um movimento de arfagem. Foi utilizado o princípio de D’Alembert e a análise estrutural de esforços internos para construção problema analítico. Com o diagrama de esforços desenvolvido, tem-se a posição onde o valor máximo é atingido, tornando possível determinar o foco de análise estrutural e refletir sobre a necessidade de um maior reforço naquela área ou qual a melhor escolha para o material da estrutura. Em relação à solução numérica, foi utilizado o Ansys e as mesmas condições de contorno da resolução analítica. Como resultado, foi traçado o diagrama de momento fletor, força cisalhante e tensão na fuselagem, analisando a integridade da aeronave no que diz respeito ao fator de segurança. A partir dos diagramas de esforços e da análise numérica foi possível concluir quais os locais que sofrem maiores solicitações durante a operação da aeronave sob o fator de carga em questão.