A Embraer lançou, em fevereiro de 2015, o KC-390, uma aeronave de transporte militar, capaz de lançar cargas e tropas e de realizar evacuação aeromédica, entre outras missões. O KC-390 também pode ser equipado com um avançado sistema de autodefesa e possui proteção balística de áreas críticas, o que aumenta a capacidade de sobrevivência em ambientes hostis.
O projeto de blindagem balística do KC-390 utilizou modelo de predição de danos desenvolvido pelo Laboratório de Estruturas Aeroespaciais (LAB-ESP), do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos.
“O nosso desafio era desenvolver ambiente de ensaio virtual para projetos estruturais de blindagem balística. O objetivo era criar um modelo que permitisse reduzir o número de ensaios físicos, assim como custos”, conta Maurício Vicente Donadon, chefe do Departamento de Estruturas e professor no ITA.
Esse desafio foi atendido com a formulação de um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano contínuo. O modelo foi implementado num programa de elementos finitos – mais precisamente o ABAQUS – e desenvolvido pela equipe do Laboratório de Estruturas Espaciais (LAB-ESP). “Trata-se de uma ferramenta adicional ao ABAQUS, de uso restrito, já incorporado ao programa em versão de pesquisa”, sublinha Donadon.
O modelo foi desenvolvido a partir de experimentos que envolveram a simulação do impacto de projéteis em um compósito hibrido de cerâmica (alumina) e carbeto de silício, de alta dureza, resistência à compressão e baixa densidade e que, por isso, têm aplicação em blindagem. Esse compósito foi disposto sobre uma placa “hospedeira” constituída por polietileno de ultra alta densidade molecular produzido pela empresa responsável pela marca Dyneema, em formato hexagonal para melhorar o desempenho do artefato.
A primeira camada do material cerâmico recebe o impacto, desgastando a ponta do projétil, dissipando grande parte da energia cinética, fragmentando sua massa e melhorando a distribuição da pressão do impacto sobre a segunda camada. A segunda camada absorve a energia cinética residual do projétil. “Trata-se de um blend de alto desempenho. A cerâmica retém ou deforma o projétil, e a placa de polietileno absorve o seu impacto para evitar penetração”, resume Donadon.
Nos testes para validação do modelo foram utilizados protocolos militares para testes balísticos (MIL-STD-662F), utilizando munições especiais (7.62 x 51 mm AP), com núcleo de aço e revestimento de cobre, disparadas a distintas velocidades – entre 525 e 810 metros por segundo – em direção ao compósito. “O modelo constitutivo de dano está à disposição e tem aplicações em veículos e aeronaves de uso militar”, afirma Donadon.
O modelo desenvolvido pelo LAB-ESP foi publicado no International Journal of Impact Engineering 43 em 2012, e, naquele ano, foi um dos artigos mais acessados da revista.
O LAB-ESP do ITA tem como objetivo oferecer disciplinas em nível de graduação, mestrado e doutorado relacionados ao projeto de estruturas aeroespaciais. No laboratório desenvolvem-se ainda pesquisas em varias áreas da engenharia aeroespacial como a de fabricação, caracterização e modelagem de materiais compósitos, ensaios estáticos e dinâmicos de materiais e estruturas, análise experimental de tensões, entre outros.
Desenvolve, ainda, pesquisa com ligas alumínio de alto desempenho para aplicação na indústria aeronáutica e conta com várias parcerias, entre elas com a Embraer. Recentemente a equipe de pesquisadores criou metodologia de projeto para a fabricação de aeronaves utilizando novas tecnologias de junção reforçador/revestimento dentre as quais estão soldagem por atrito (friction stir welding) e colagem em substituição às técnicas de rebitagem. “O nosso objetivo é reduzir custos”, sublinha Donadon.