Figura 0 – Três aviões conceptuais estudados no projecto NACRE (New Aircraft Configurations Research): asa voadora com grande capacidade de passageiros (direita), económico e simples, com cauda em V (esquerda) e de baixo impacto ambiental (topo)

ENGENHARIA AEROESPACIAL

por Luís Manuel Braga da Costa Campos

 

do CCTAE (Centro de Ciências e Tecnologias Aerodinâmicas e Espaciais)

 

do LAETA ( Laboratório Associado de Energia, Transportes e Aeronáutica) /IST (Instituto Superior Técnico)

Existe em Portugal formação, investigação e desenvolvimento em todas estas áreas e na maioria dos tópicos mencionados a seguir

1 – Aerodinâmica

2 – Propulsão

3 – Ruído e Vibrações

4 – Emissões

5 – Estruturas e Materiais

6 – Controlo Integrado

7 – Aviónica e Sistemas

8 – Gestão do tráfego Aéreo

9 – Tipos de Veículos

10 – Ciclo de Vida

E portanto Portugal está apto a participar nos programas internacionais de aeronáutica e espaço.

1

Actividades de Aeronáutica no LAETA

Grupo Área Projectos Internacionais

CCTAE Dinâmica de Voo 5*

Aeroacústica 17*

INEGI Manutenção 2*

Materiais 2*

Compósitos 2 *

Sistemas 1 *

IDMEC Aerodinâmica 4*

Emissões 3

Aeroelasticidade/Estruturas 3

Combustão 10

* Alguns exemplos são referidos a seguir

2

INEGI

- Projecto DATON: Innovative fatigue and Damage Tolerance Methods for the Application of New structural Concepts

- ADMIRE: Advanced Design concepts and Maintenance by Integrated Risk Evaluation for aerostructural maintenance of againg aircarft.

- SMAAC: Structural Maintence of Ageing Aircraft

Figura 1 – Projecto DATON: exemplo de painel reforçado,soldado por LBW, testado no IDMEC-FEUP

Figura 2 – Projecto DATON: painel instrumentado, durante ensaio de fadiga no IDMEC-FEUP

3

Nº NAME OF PROJECT

Coordinator Contribution of Framework Programme

(FP)

Institution

1 ACOUFAT Dassault Acoustic fatigue FP2 IST

2 ENABLE Dassault Boundary layer noise transmission to aircraft cabin FP5 IST

3 ROSAS Airbus (France) Noise shielding by wing and fuselage FP5 IST

4 X2-NOISE Snecma Aeroacoustics network FP5 IST

5 SEFA Daimler Chrysler Aeroespace

Airport noise transmission to ground and into rooms FP6 IST

6 NACRE Airbus (France) Stability and acoustics of novel aircraft configurations FP6 IST

Possible Contributions: - Noise shielding by aircraft structure - Undercarriadge noise - Noise of control surfaces - Boundary-layer noise - Installation effects on noise - Airport noise - Flight stability and control - Buried engines - Acoustic fatigue

Journal of Fluids and Structures (1999) 13, 3-35L.M.B.CAMPOS ET AL.

AEROACOUSTIC LOADS AND DEFLECTIONS

Figure 3 Comparison of panel response at at gauge J1: (centre) measured in wind tunnel; (bottom) Calculated by Elfini code, using correlation of loads measured in wind tunnel; (top) calculated by Elfini code,Usind analytical formula for correlation of loads.

PLATFORM 1 – SMART – FIXED WING AIRCRAFT

4

Nº NAME OF PROJECT

Coordinator Contribution of Framework Programme (FP)

Institution

12 HELINOISE Eurocopter Helicopter broadband rotor noise FP2 IST

13 HELISHAPE Eurocopter Helicopter blade-vortex interaction noise FP3 IST

14 X-NOISE Snecma Aeroacoustics network FP4 IST

15 FRIENDCOPTER Eurocopter Ground and atmospheric effects on helicopter noise

FP6 IST

PLATFORM 2 – GREEN REGIONAL AIRCRAFT

Possible Contributions:

-Helicopter noise in flight -Model rotor noise tests-BVI (blade-vortex interaction) noise-Tail-rotor noise-Broadband noise

-Active noise suppression

L.M.B.C.Campos: ON SOME RECENT ADVANCES IN AEROACOUSTICSInternational Journal od acoustics and Vibration, Vol. 11, Nº. 1, 2006

Figure 4: Theory compared with wind tunnel measurement for the fundamental And the first two harmonics of blade passing frequency (BPF) at angles-of-attack: =7.5º and (b) = 15º at low speed.

5

PLATFORM 3 - GREEN ROTORCRAFT

Nº NAME OF PROJECT Coordinator Contribution of Framework Programme (FP) Institution

12 HELINOISE Eurocopter Helicopter broadband rotor noise FP2 IST

13 HELISHAPE Eurocopter Helicopter blade-vortex interaction noise FP3 IST

14 X-NOISE Snecma Aeroacoustics network FP4 IST

15 FRIENDCOPTER Eurocopter Ground and atmospheric effects on helicopter noise

FP6 IST

Possible Contributions:-Helicopter noise in flight -Model rotor noise tests-BVI (blade-vortex interaction) noise-Tail-rotor noise-Broadband noise-Active noise suppression

J. Acoustique 5 (1992) 531-542L.M.B.C.Campos and C.M.Macedo

BROADBAND NOISE OF HELICOPTER ROTORS

Figura 5: Measured complete noise spectrum of a Bell UH – 1B HueyHelicopter (r.h.s) compared with the broadband Spectrum (l.h.s) Predicted theoretically, from the empirical intensity and frequency of the Spikes, with fitting of three parameters: attenuation , correlation and Background noise.

6

PLATFORM 4 – ENGINES

Nº NAME OF PROJECT

Coordinator Contribution of Framework Programme (FP)

Institution

16 X-NOISE Snecma Aeroacoustics network FP6 IST

17 JEAN Trinity College

Noise of turbulent jets and shear layers FP5 IST

18 SILENCER Snecma Engime acoustic liners with non-uniform impedance

FP5 IST

Aeroacoustics volume 6: number 2 2007 – pages 1-34L.M.B.C.Campos and P.G.T.ªSerrão

Figure 6: The directivity at three source frequenvies f=200Hz (bottom), 1 kHz(middle), 5 5 kHz (top) is compared wit measurements for a cold jetMT 043-t5 of Mach number Ma =0.75 made at Qinetiq.

Possible mechanisms:- Noise generation in flows - Attenuation by non-uniform acoustic liners- Jet noise, including shear layer effects- Duct modes, in inlets and exhausts - Shear flow noise in ducts - Noise of swirling flows, e.g. downstream of turbines- Fan tones and broadband noise

7

Nº NAME OF PROJECT

Coordinator Contribution of Framework Programme (FP) Institution

19 AMAKS Indecon Automated flight test data analysis FP3 IST

20 S-WAKE Airbus (Germany) Aircraft wake separation FP4 IST

21 VELA Airbus (France) Control of flying wings FP5 PEDECE

22 NEFA Airbus (France) V-tail aeroplane control de-coupling FP6 PEDECE

PLATFORM 5 – SYSTEMS

Possible Contributions:- Aircraft wake separation (take-off and landing) - Aircraft in – flight separation (collision probabilities) - Stability & control of aircraft- Trajectory optimization- Collision avoidance manoeuvers - Air Traffic System capacity- Flight testing & data analysis

The Aeronautical Journal June 2004Campos and Marques On wake vortex response for allcombinations of five classes of aircraft

Figure 7: Comparison of the vorticity decay function with Memphis flight test data.

8

HELIXDispositivos inovadores de hiper-sustentação

Objectivos:•Desenvolver novos dispositivos de hiper-sustentação para a futura geração de aviões comerciais.

•Simulação com CFD e verificação em túnel de vento de conceitos multi superficie envolvendo: Curvatura variavel do perfil alar; Novos flaps com fendas ;Novos sistemas de sopro , etc.

Resultados com Impacto Social:•Um número de vinte e um conceitos diferentes de hiper-sustentação foram testados com CFD , cinco dos quais foram selecionados e um deles testado em túnel e provou que poderá ser escolhido para a próxima geração de aviões comerciais.

•Aviões com maior sustentação ao aterrar e levantar , com menos ruido, e mais eficientes e que transportam mais passageiros .

Parceiros Seleccionados:

•AIRBUS( UK), ALA, IAI, QinetiQ (UK), NLR (NL), FFA (S), INTA (I)

9

AWIATORAircraft Wing with Advanced Technology OperationObjectivos:•Desenvolver validar e testar em voo novas tecnologias para

• as asas dos futuros aviões comerciais:

•Controlo de vortices; Optimização de freios aerodinâmicos;

•baixa emissão de ruido aerodinâmico; Winglets;

•controlo de carga; sensor de turbulência;Elementos

•adaptivos e de controlo;Desenvolvimento de modelos,

• validação de CFD em túneis de vento.

•Campanhas de ensaio de voo com Airbus A340 MSN 001

Resultados com Impacto Social:•Contribuir para a visão 2020 com melhores aviõesAiubus,

• menos poluentes, mais silenciosos e mais eficientes.

•Melhorar o conhecimento sobre vórtices de esteira para permitir a optimização da distância entre aviões.

•Parceiros Seleccionados:

•AIRBUS(G); ALENIA(I); NLR(NL); ONERA(F); DLR(G); EADS(G)

10

FARWAKEInvestigação da Esteira Vortical de Aviões

Objectivos:•Investigação de instabilidades e decaimento de vórtices; Interação de vórtices com jactos dos motores e Investigação da esteira de vórtices proximo do solo,

•Investigação das esteiras de vórtices em aeroportos e em condições reais.

            Resultados com Impacto Social:•Influência das instabilidades , jactos dos motores, etc de modo a aumentar o decaimento dos vórtices para redução dos perigos da interação da esteira vortical com outros aviões

•Previsão em tempo do comportamento de vórtices próximo da pista para ser usado pelo controlo de tráfego aéreo.

•Parceiros Seleccionados:

•CNRS(F), AIRBUS(G), CERFACS(F), TUM(G), ONERA(F), DLR(G), UCL(B)

X

Y

Z

11

SUPERTRACSUPERsonic TRAnsition Control

Objectivos:•Redução da resistência aerodinâmica em futuras aeronaves de transporte comercial supersónicas.

•Desenvolver e testar conceitos inovadores para a redução da resistência aerodinâmica em condições de voo supersónico.

•Optimização das superfícies sustentadoras em aeronaves de transporte comercial para voo supersónico.

Resultados com Impacto Social:•Aeronaves de transporte comercial mais rápidas e eficientes.

•Redução do impacte ambiental ao nível do ruído associado a condições de voo supersónico.

•Redução do impacte ambiental ao nível das emissões de poluentes relativamente a aeronaves convencionais.

Parceiros Seleccionados:

•ONERA(F), Airbus(UK), Dassault(F), DLR(D), CIRA(I), FOI(S), IBK(D), KTH(S)

Mach = 1.5

Mach = 2.0

Simulaçõescomputacionais

IST / SUPERTRAC Project - Subtask 3.1.3

0 0.25 0.5 0.75 1

X/C

0

5

10

15

20

N fa

ctor

no suction

Vw = -0 .23 m /s

Vw = -0 .46 m /s

Shar

pl.e

., t/c

= 1

3%, c

= 0

.3 m

,

= 30

ºM

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t =

3.6

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IST / SUPERTRAC Project - Subtask 3.1.3

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N fa

ctor

no suction

Vw = -0 .23 m /s

Vw = -0 .46 m /s

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PFAProgressive failure analysis of composites

Prémio “NASA H.J.E. Reid Award for Outstanding Scientific Paper”

Objectivos:•Redução dos custos de certificação de estruturas aeronáuticas recorrendo a modelos computacionais.

•Aumento da utilização de materiais compósitos em estruturas aeronáuticas.

•Dimensionamento mais rigoroso de estruturas fabricadas em materiais compósitos.

Resultados com Impacto Social:•Investigação das causas do acidente de um Airbus A300 em Nova Iorque.

•Redução do consumo e das emissões de CO2 devido à utilização de materiais mais leves (compósitos) em estruturas principais de aviões comerciais.

•Implementação dos modelos computacionais desenvolvidos em códigos comerciais.

Parceiros Seleccionados:

•NASA(USA);Air Force Research Laboratory(USA)

Test

Analysis Crack

Equipa de investigação nomeada para o prémio “NASA R. T. WhitcombAerospace Technology Transfer Award”

Airbus failure investigation

Virtual testing of composites

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BOJOIncrease of bolted joint performance

Objectivos:•Melhoria do comportamento mecânico das zonas críticas de lançadores e satélites utilizando compósitos híbridos (carbono-epoxy e titânio).

•Modelação computacional do processo de fractura de compósitos híbridos.

Resultados com Impacto Social:•Aumento da competitividade da industria aeroespacial europeia através da integração de novas tecnologias em produtos comerciais (Ariane V e satélites).

Parceiros Seleccionados:

•ESA; DLR(G);EADS-CASA Espacio(SP)

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CASAMCivil Aircraft Security Against Manpads

Objectivos:•Projecto e construção de um sistema de detecção e despistagem de mísseis guiados pelo calor.

•Construção de um sistema compacto, fiável, barato e com baixos custos de manutenção que possa ser montado em aeronaves civis.

Resultados com Impacto Social:•Aumento da segurança no transporte aéreo.

Parceiros Seleccionados:

•Sagem DS; EADS-DE; A.BRITO; IER; ONERA; Adria Airways; Lufthansa Technology; KEO; LDI; DLR. 3 Km

No Detection Zone

3 Km

No Detection Zone

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EUCLID Global Diagnostic-Damage Detection in Aeronautic Composite Structures with Holographic Methods

Objectivos:•Aplicação das técnicas de interferometria holográfica à inspecção não destrutiva de estruturas aeronáuticas compósitas.

•Construção de um sistema compacto, portátil e fiável para realizar inspecção não destrutiva em estaleiro.

Resultados com Impacto Social:•Aumento da segurança das estruturas aeronáuticas.

Parceiros Seleccionados:

•AEROSPATIALE; OGMA; SONACA; NLR; Dassault Aviation; Per Udsen; STEINBICHLER; IABG.

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