Cada vez mais, o uso de materiais compósitos na indústria aeronáutica é estratégico para o desenvolvimento de projetos de aeronaves verdes, conhecidas como Green Aircraft.
Esse material é mais leve, resistente e eficiente, reduzindo o peso da aeronave, gerando redução de consumo de energia e oferecendo grande flexibilidade de design, além de combinar resistência e rigidez com baixo peso.
“Quando se concebe uma asa com estrutura alongada toda a filosofia do projeto da estrutura convencional tem que ser revista. É preciso levar em conta grandes deslocamentos, grandes rotações e grandes deformações, o que exige uma análise estrutural e aeroelástica não linear”, explica Maurício Donadon, chefe do Departamento de Estruturas da Divisão de Engenharia Aeronáutica do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos.
Para o uso de materiais compósitos na fabricação de asas alongadas é necessário o estudo de um conjunto de ferramentas numéricas que dê o suporte preciso ao projeto. Dessa forma, o projeto Aplicação de Compósitos em Asas Alongadas, que está em operação desde o início de 2015, aceitou o desafio de pesquisa para oferecer essas ferramentas. Aprovado no âmbito do Edital Inova Aerodefesa da Financiadora de Estudos e Projetos e implementado em parceria com a Embraer, o projeto de uso de compósitos está associado a dois outros projetos, o Estudos Avançados em Física de Voo e Aeroacústica de Motores, ambos aprovados pela Finep no mesmo edital. Os três projetos são implementados pelo LNCA (Laboratório de Novos Conceitos em Aeronáutica).
Com foco nas tecnologias de junção dos reforçadores, o projeto desenvolve ambiente de ensaios virtuais de novos conceitos aeronáuticos em compósitos, ou seja, parte da estrutura da asa é projetada para suportar cargas e esforços solicitados mantendo elevada rigidez estrutural e o revestimento é projetado para suportar parte dos esforços dinâmicos da asa, otimizando a forma aerodinâmica. “Quando produzidos com material compósito, o reforçador e o revestimento são feitos separadamente e é preciso integrá-los para montar a asa”, complementa Donadon.
Essa integração é feita por um adesivo de alta resistência que une todas as partes. No projeto, serão comparados os desempenhos de junções coladas com os de junções co-curadas, por meio das quais reforçador e revestimentos são colocados juntos, no mesmo molde. “O objetivo é desenvolver uma ferramenta numérica para utilizar as duas tecnologias, levando em conta critérios de projeto que contemplem carregamentos estáticos e cíclicos de forma a prever a vida em fadiga das junções”, afirma Donadon.
Entre os materiais compósitos utilizados no projeto, está a fibra de carbono pré-impregnado em matriz de resina epóxi, que é um material constituído por camadas empilhadas, com orientação pré-definida para cada camada em função das condições de carregamento, e que apresenta, como falha mais comum, a delaminação, que significa o descolamento de dessas camadas.
Com previsão de conclusão do projeto para 2018, os resultados serão aplicados na construção da aeronave modelo Hale (High Altitute Long Endurance), semelhante ao X-Hale desenvolvido na Universidade Michigan, nos Estados Unidos, que está sendo reproduzido no ITA pelo projeto Estudos Avançados em Física de Voo. “O X-Hale terá asas fabricadas em compósito. Será necessário, portanto, levar em conta a mecânica de voo e um modelo que seja capaz de prever seu desempenho incluindo não linearidade geométrica”, finaliza Donadon.
A equipe do projeto Aplicação de Compósitos em Asas Alongadas conta com a colaboração de dez professores, quatro alunos de mestrado e doutorado do ITA, três pós-doutorandos e sete engenheiros da Embraer. Além de pesquisadores da Delft University of Technology (TUDelft) na Holanda, Unesp de Guaratinguetá-SP, Unesp de São José dos Campos e, da Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos-SP (FATEC-SP).