A velocidade de cruzeiro de uma aeronave comercial ée normalmente estabelecida através de estudos comparativos com aeronaves existentes e com o compromisso de vários outros parâmetros, tais como consumo de combustível, tempo necessário para executar uma missão típica e mesmo, apelo comercial de venda. Contudo, ao se estabelecer velocidades de cruzeiro elevadas, em decorrência de se desejar um menor tempo de vôo, o peso estrutural da aeronave aumenta consideravelmente em algumas faixas de número de Mach. Também, a necessidade de se enflechar a asa faz com que, eventualmente, dispositivos hipersustentadores complexos sejam empregados, aumentando o peso estrutural. O maior consumo de combustível em velocidades elevadas, faz com que se tenha asas de maior área, para poder alojar a quantidade então requerida. Assim, essa e outras considerações fazem com que a aeronave apresente uma degradação do desempenho de subida, impactando desfavoravelmente no tempo de vôo. Finalmente, a economia de tempo proporcionada por velocidades maiores pode não ser significativa se a missão típica ée de pequeno ou médio alcance. O presente trabalho tem por objetivo avaliar como o Mach de cruzeiro de uma aeronave comercial de transporte influencia o peso estrutural da asa. Para tal, aeronaves foram projetadas para atender a uma missão com alcances especificados com a premissa de que todo o combustível seja alojado na asa. Uma rotina de anteprojeto foi desenvolvida para o cálculo do coeficiente de sustentação de cruzeiro e determinação das características geométricas da asa, tais como, enflechamento e área, para atender os requisitos da missão e estimativa inicial do peso estrutural da asa através do método do Torenbeek. A partir daí, o peso estrutural dessas asas ée calculado através de um método com maior exatidão. Para tal, criou-se geometrias iniciais das asas para aeronaves com velocidades de cruzeiro variando de Mach 0,75 a 0,90 com sistema de CAD CATIA. Essas geometrias foram geradas e analisadas pelo módulo PDO (Predesign Optimisation - Otimização do Pré-dimensionamento) do aplicativo WSDS (Wing Structural Design Sistem - Aplicativo para Projeto Estrutural da Asa). O aplicativo WSDS ée um sistema multidisciplinar, desenvolvido empregando a metodologia da engenharia baseada no conhecimento, que auxilia no projeto estrutural do caixão central da asa desde a concepção atée um nível bastante sofisticado. O módulo PDO necessita do fornecimento do arquivo de lofting da asa feito no CATIA e de um envelope de cargas da aeronave em questão. O PDO então constrói a representação plana da asa, a qual define a posição das longarinas, das nervuras e reforçadores, além de fornecer todas as dimensões iniciais dos elementos estruturais, dentre de uma margem de segurança requerida. Todos os cálculos são efetuados usando expressões analíticas e gráficas disponíveis na literatura. O método numérico obtém uma estimativa otimizada de peso do caixão central da asa, assim como o número ótimo de nervuras por caixão central, número ótimo de reforçadores por baias (região formada entre duas nervuras) e o dimensionamento dos componentes estruturais (revestimento, longarina, nervuras e reforçadores), para os quais servem de entrada no WSDS com um erro de aproximadamente 5%. Essa metodologia ée aplicada apenas para aviões do tipo EMB 170/190.

O presente trabalho foi motivado pela necessidade de utilizar metamodelos em projetos onde se aplica Otimização Multidisciplinar (Multidisciplinary Design Optimization - MDO na terminologia em inglês), onde processos extensos devem ser rodados diversas vezes de forma iterativa, consumindo grande quantidade de tempo e processamento. Trabalhos de MDO envolvem diversas etapas de cálculo para o modelo requerido. No projeto de asas de aeronave, uma etapa a ser desenvolvida é o intradorso e extradorso do caixão estrutural. Constituem-se de placas retangulares reforçadas, sujeitas a esforços de compressão nas direções dos reforçadores. Essa estrutura será o caso analisado e, também, foco do estudo em questão. O metamodelo da placa reforçada foi realizado usando Funções de Base Radial (Radial Basis Functions - RBF na terminologia em inglês), e treinadas com pontos otimizados, com o objetivo de minimizar o peso, através do uso de um algoritmo genético (NSGA-II). O programa modeFRONTIER foi utilizado para a integração do fluxo de cálculo, assim como para a otimização e a criação de superfícies de respostas. No trabalho em questão, as variáveis de entrada para o metamodelo são as seguintes: a largura do caixão da asa; o comprimento, representando a distância entre nervuras; a altura do caixão da asa; e um carregamento. O objetivo é fornecer a espessura do revestimento, e a distância entre os reforçadores, bem como a altura e a espessura dos mesmos, obtendo-se um peso otimizado para essa configuração de variáveis de entrada. Restrições geométricas das variáveis de projeto, e restrições referentes às cargas de flambagem global e local foram levadas em consideração e especificadas no trabalho.

Tendo em vista a grande ambição do mercado aeronáutico em termos de redução de massa e as possibilidades atualmente disponíveis, foi desenvolvido este estudo para se avaliar a possibilidade de redução de massa com aplicação de material composto nas nervuras do caixão central de uma asa. Para que este estudo seja realizado, são necessárias análises preliminares de flambagem e tensões nas nervuras em que se deseja fazer a otimização com relação à massa. A massa de uma nervura de material composto depende basicamente de dois fatores: da espessura total do laminado e da quantidade de camadas utilizadas no material escolhido. Estes fatores avaliados na otimização elaborada, juntamente com a escolha do conjunto de orientação de lâminas que apresentou a maior carga de flambagem para o carregamento aplicado. Todas estas otimizações tiveram como limite a massa apresentada pela configuração. Para que esta gama de análises fosse efetuada foi necessária a utilização de programas computacionais que utilizam o método dos elementos finitos, como NSC.Nastran for Windows para cálculo das cargas de flambagem e obtenção do campo de tensões nas nervuras. Depois de todas as análises elaboradas os resultados foram expressos na forma de gráficos, planilhas e histogramas para um bom entendimento dos resultados e suas conclusões.

Na fase preliminar são estabelecidos os pesos metas para todos os grupos de estrutura e sistemas que compõem a aeronave. Estes pesos devem ser estritamente controlados durante toda a fase de desenvolvimento do projeto usando-os sistematicamente como um guia. O controle do peso meta ée uma das ferramentas mais importantes para o sucesso de uma aeronave e ée um requisito de grande preocupação na indústria aeronáutica. De fato, soluções que produzem pesos menores e controlados dos componentes estruturais e de sistemas corroboram, para que se atinja a meta da carga paga, resultando em uma aeronave competitiva e com menor custo de operação. Este trabalho tem como objetivo estudar, desenvolver e modificar um programa de computador para o cálculo e estimativa de pesos para aviões comerciais. As modificações propostas são para adaptá-lo e criar um programa específico de estimativa de pesos para a classe executiva. Este programa será utilizado na geração dos pesos metas de projeto do avião executivo em questão, e os resultados derivados deste estudo, serão utilizados nas análises preliminares de peso e balanceamento e demais atividades correlatas. Como forma de aferir e aprovar as modificações, os resultados do programa serão comparados com os pesos reais conhecidos e os métodos acadêmicos existentes.

Este trabalho tem como objetivo apresentar a análise de parte da estrutura do interior de uma aeronave comercial, preenchendo uma lacuna na literatura e que possa servir de referência bibliográfica ao Programa de Especialização em Engenharia (PEE) da EMBRAER, utilizando como meio de abordagem do tema, a otimização da estrutura do piso de uma aeronave comercial já fabricada, no caso o ERJ-145. A otimização apresentada neste trabalho visa a redução do peso estrutural, considerando como fator restritivo a resistência à flambagem local e global dos principais elementos estruturais do piso, a saber, as vigas longitudinais e suas respectivas colunas. As variáveis de projeto consideradas para tal otimização são as dimensões geométricas dessas colunas e vigas. É realizada uma análise linear estática do modelo de Elementos Finitos para uma estrutura idealizada do piso, e os dados são utilizados como entrada para otimização estrutural das colunas e vigas. A partir de tais dados, modelos mais refinados para as colunas e vigas são testados quanto ao seu comportamento com relação a flambagem e os resultados da otimização são confrontados com a estrutura idealizada para o piso da aeronave ERJ-145, a fim de obter o projeto ótimo. É importante observar que a estrutura do piso utilizada no modelo de elementos finitos consiste em uma idealização da estrutura real da aeronave ERJ-145, com base em informações de domínio público, extraídas de jornais, revistas e sítios da Internet.