Relatório Final de Projeto

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1 Instituto Tecnológico de Aeronáutica Divisão de Engenharia Aeronáutica PRJ-30 Projeto e Construção de Aeromodelos Professores: Girardi/Ney Turma: AER15 Relatório Final de Projeto Allan Lima Verde de Araújo Fernandes Antônio Eduardo Vale de Azeredo Eduardo Lopes Pinho Felipe Rodrigo Evangelista Matilde Fernando Issa Franco Leonardo Martire Umburana de Araújo São José dos Campos, 09 de julho de 2013

2 Sumário 1. Introdução Manufatura da aeronave Tabela de pesos Inovações Cronograma Relatório de voo

3 1. Introdução A aeronave proposta para matéria de PRJ-30 é cargueira, ou seja, sua missão é transportar carga útil. Assim, para que ela seja consiga atingir seu objetivo, é fundamental que ela possua as seguintes características: ser capaz de decolar e pousar em uma pista de 50 m, possuir elevada capacidade de carga paga e alta eficiência estrutural. O projeto da equipe Phoenix foi desenvolvido a fim de que a aeronave construída, além de possuir todas essas características, tenha as dimensões limitadas, possua elevada confiabilidade e seja capaz de cumprir a missão de maneira segura e eficiente. A seguir serão apresentados as etapas e aspectos da execução do projeto da aeronave Phoenix. 2. Manufatura da aeronave O material básico utilizado para confeccionar a fuselagem foi madeira balsa para os reforçadores e chão da aeronave e depron para as cavernas. O formato das cavernas foi recortado exteriormente pela serra de fita, e o formato interior foi lixado. As junções de varetas para obter um reforçador maior do que o comprimento disponível de vareta foi feita com cola CA, enquanto que as cavernas foram coladas à fuselagem através de cola Epoxy. As empenagens foram produzidas em isopor, enrijecidas por fibra de vidro e seladas a vácuo. A garantia de que a empenagem foi fixada a fuselagem horizontalmente foi realizada utilizando dois níveis, como mostra a figura 1. Figura 1. Nivelamento da empenagem com relação à fuselagem. O ângulo de incidência da empenagem na fuselagem foi verificado utilizando duas réguas. Garantindo a horizontalidade da fuselagem duas réguas mediam as alturas 3

4 dos bordos de ataque e de fuga e em seguida era medido a projeção vertical das duas réguas. O mesmo procedimento foi feito para medir a incidência da asa. Fixada a empenagem, o trem de pouso foi instalado de tal maneira que 10% do peso fosse colocado sobre a bequilha para que fosse possível girar o avião em pista. Esse procedimento foi realizado usando duas balanças, uma medindo a normal do trem de pouso principal e a outra medindo a normal da bequilha. Sabendo a priori a posição do CG, também obtido utilizando duas balanças, foi possível determinar com precisão a correta localização que o trem de pouso deveria ter. Na figura 2, é mostrada a junção da fuselagem com o trem de pouso e as empenagens. Figura 2. Junção da fuselagem com o trem de pouso e as empenagens. As cavernas foram todas contornadas com fibra de carbono e revestidas com resina para que aguentassem aos esforços de torção e compressão, respectivamente. Além disso, os reforçadores foram fortalecidos com fibra de carbono helicoidalmente para proteger contra esforços de torção e flexão, como mostrado na figura 3. 4

5 Figura 3. Encaixes do motor e da bequilha na fuselagem. A figura 4 mostra a fixação da caixa de carga na fuselagem. Figura 4. Fixação da caixa de carga. 5

6 A caixa de carga foi colocada na posição do CG e fixada por parafusos, arruelas de pressão e porcas. Para resistir ao cisalhamento provocado pelos parafusos a madeira foi revestida com fibra de carbono. Na figura 5, é mostrada a fixação do servo do motor. Figura 5. Fixação do servo do motor. A exemplo do berço do servo do motor, mostrado pela Figura 5, os berços foram confeccionados em madeira compensada. Na figura 6, são apresentadas asa empenagens e o cone de cauda. Figura 6. Empenagens e carenagem do cone de cauda. 6

7 A carenagem do cone de cauda foi construída em isopor com o auxílio da serra de fita e da lixa manual. Na figura 7, é mostrada a asa, durante a construção. Figura 7. Construção da Asa. O caixão central e as nervuras da asa foram confeccionadas em madeira balsa e coladas com cola Epoxy, tendo sempre como referência a planta da asa fixada na mesa. Na figura 8, é mostrado o detalhe da fixação dos ailerons. 7

8 Figura 8. Detalhe da fixação dos ailerons. As duas dobradiças de cada aileron eram de plástico e foram pregadas a tarugos de madeira por pequenos pregos. Os vãos entre asa e aileron foram, ao final da construção, foram cobertos por fita durex. Na figura 9, é apresentado o detalhe do servo do aileron. 8

9 Figura 9. Servo do aileron. O berço foi colado no caixão da asa. Na figura 10, é apresentado o método de obtenção experimental do centro de gravidade da aeronave. Figura 10. Verificação da posição do CG apoiando o avião num pilar. O entelamento da aeronave foi realizado com fitas de papel monokote e utilizando ferro de passar roupas. Uma primeira camada de durex, cobrindo a fuselagem da aeronave, suportou o papel monokote dando forma ao mesmo. A figura 11 mostra a aeronave durante o teste em solo. 9

10 3. Tabela de pesos Figura 11. Aeronave durante o teste em solo. Na tabela 1, são mostrados os pesos previstos e reais de cada componente. Tabela 1. Tabela de pesos por componente. COMPONENTE PESO PROJETO (kg) PESO CONSTRUÇÃO (kg) ERRO (%) Asa 0,578 1, ,3 Fuselagem 0,377 0,354-6,1 Emp. Horizontal 0,276 0,111-59,8 Emp. Vertical 0,102 0,100-1,9 Trem de pouso 0,654 0,315-51,8 Aeronave vazia 4,776 4,007-16,1 Carga paga 5,600 4,079-27,2 Aeronave carregada 10,376 8,086-22,1 10

11 Na tabela 2, é descrita a posição do centro de gravidade e a margem estática da aeronave, tanto os valores reais quanto os de projeto. Tabela 2. Posição do CG (em relação ao plano da hélice) e margem estática. Comparativo entre projeto e construção. MEDIDA PROJETO CONSTRUÇÃO ERRO (%) Xcg 55 cm 54 cm -1,8 Margem estática 25 % 17% -32,0 4. Inovações No que diz respeito às inovações do projeto, pode-se destacar a asa. Ao contrário das outras equipes, que possuíam asas retangulares, a asa da equipe Phoenix possuía um afilamento de 0,4. Apesar de essa escolha ter resultado num esforço construtivo consideravelmente maior, ela resultava num projeto mais eficiente aerodinamicamente (possui menor arrasto) que a configuração sem afilamento. Além disso, é possível citar a escolha do aerofólio Eppler 420, devido ao fato de esse perfil possuir um elevado valor máximo do coeficiente de sustentação. Apesar de o outro candidato (o perfil selig 1223) possuir um desempenho um pouco melhor, optouse pelo e420, pelo fato de ele possuir maior rigidez na região do bordo de fuga e as nervuras construídas em balsa serem frágeis, podendo ser danificadas no processo construtivo. 5. Cronograma Nas figuras 12 e 13, encontram-se o cronograma proposto inicialmente e o efetivamente cumprido para a manufatura da asa, respectivamente. Figura 12. Cronogrma proposto inicialmente para a construção da asa. 11

12 Figura 13. Cronograma real da construção da asa Atrasos ocorreram de maneira significativa na asa, principalmente pela dificuldade na montagem da mesma, visto que o perfil escolhido, assim como seu afilamento tornaram o processo de fabricação das nervuras e longarinas um processo demorado e complicado. Além disso, várias nervuras foram refeitas para que o perfil escolhido no projeto fosse o mesmo que o da montagem. Atrasos no aileron também prejudicaram no cumprimento do cronograma. Na figura 14 se encontra a o cronograma planejado para a fuselagem e na figura 15, o cronograma efetivamente cumprido na manufatura dela. Figura 14. Cronograma planejado para a fuselagem. Figura 15. Cronograma efetivamente cumprido na manufatura da fuselagem Devido a sua grande complexidade o projeto da fuselagem teve um atraso significativo. Enquanto a montagem era realizada, vários detalhes surgiram e para o ajuste necessário muitos homens/hora foram demandados, ou seja, a não especificação 12

13 exata de todas as atividades inerentes ao processo de montagem da fuselagem contribuíram de forma significativa para o atraso da fuselagem. Nas figuras 16 e 17, estão os cronogramas previsto e real da construção das empenagens, respectivamente. Figura 16. Cronograma previsto para a construção das empenagens. Figura 17. Cronograma realizado durante a construção das empenagens. A montagem das empenagens teve um atraso relativamente pequeno que não prejudicou o processo de montagem da aeronave. A maior dificuldade encontrada foi a adaptação da empenagem à fuselagem, mas sua solução foi encontrada de maneira rápida e que não demandou grande tempo na construção. O cronograma previsto das atividades complementares está na figura 18 e o real, na figura 19. Figura 18. Cronograma previsto das atividades complementares. 13

14 Figura 19. Cronogrma real das atividades complementares. Os atrasos nas atividades complementares foram consequências dos atrasos na asa e fuselagem, visto que as atividades complementares só poderiam ser executadas se os subsistemas já citados já estivessem terminados. Os atrasos surgiram ao longo do projeto devido a diversos fatores. Um desses fatores foi a não descriminação completa no cronograma das atividades a serem realizadas, assim vários outros problemas não previstos surgiram e não foram incluídos no cronograma, como por exemplo, determinar a posição do trem de pouso. Desta forma, o cronograma previsto para a semana não era cumprido totalmente, o que acarretou atraso na entrega do projeto. Outro fator importante foi a falta de material para medição como paquímetro e régua, que poderiam reduzir nosso tempo de montagem, bem como aumentar a confiabilidade no processo. Nota-se que os materiais de montagem eram escassos, principalmente no que tange parafusos e porcas, fator que contribuiu para com nosso atraso de cronograma. Na tabela 3, são apresentados os gastos em homens-hora de cada subsistema. Tabela 3. Gastos em homens-hora em cada subsistema. Subsistema Desenvolvido Homens/Hora Asa Nervuras 24 Longarinas 24 Refazer nervuras e 12 longarinas Borda de ataque 12 Aileron 28 Adaptação dos servos 6 Conexão à fuselagem 8 Entelamento 36 Total na asa 150 Empenagens Horizontal 14 Vertical 14 Corte de junção 6 Entelamento 10 Conexão à fuselagem 12 Adaptação dos servos 4 Total nas empenagens 60 Fuselagem Cavernas 15 Reforçadores 15 14

15 Parede corta-fogo 6 Refazer e adaptar alguns 60 componentes Adaptação dos servos 4 Entelamento 50 Total na fuselagem 150 Total do projeto até a segunda semana de exames 360 Nota-se que os 6 alunos da equipe trabalhando 4 horas semanais durante 10 semanas produz 240 homens/hora, entretanto na semanas de exames cada aluno se comprometeu a trabalhar 20 horas, totalizando assim 360 homens/hora para a confecção do avião. Tal fato implicou que o avião estava totalmente pronto e testado na segunda semana de exames, entretanto não ocorreu o voo. Assim quando voltamos em agosto houve mais 12 homens/hora apenas para ajustes e melhorias no avião. Portanto, foram necessários 372 homens/hora. 6. Relatório de voo Foram planejados três voos: o primeiro, sem carga; o segundo, com 50 % da carga máxima; e o terceiro, com carga máxima. As informações referentes aos três voos realizados estão na tabela 4. Tabela 4. Informações referentes aos voos realizados. Voo Voo 1 Voo 2 Voo 3 Carga paga (kg) 0 2,472 4,079 Massa na decolagem (kg) 4,508 6,98 8,587 Pista de decolagem (m) Posição do CG (m) 0,532 0,526 0,523 Posição do CA (m) 0,58 0,58 0,58 Margem estática (%) 15,789 17,763 18,75 A aeronave não chegou a tentar decolar com a carga máxima, pois não havia espaço na caixa de carga para colocar mais pesos. Segundo o piloto, o aeromodelo tinha boa controlabilidade. Além disso, a asa gerava muita sustentação, fazendo com que ele tivesse facilidade de decolar e subir, mas tivesse dificuldade de descer (o piloto disse que precisou utilizar o motor para poder descer). Isso se deve à escolha do perfil, que era muito arqueado, logo gerava muita sustentação. 15