Desenvolvimento das rodas do conjunto de trem de pouso de um aerodesign utilizando técnica de otimização topológica

Abstract

A competição SAE BRASIL AeroDesign é um evento anual que reúne equipes de estudantes universitários, visando promover a troca de técnicas e conhecimentos em engenharia aeronáutica através do desenvolvimento de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) de pequeno porte. Essas aeronaves possuem os principais componentes de aeronaves comerciais. Entre esses componentes, o trem de pouso destaca-se como crítico, pois aproximadamente 55% das falhas em aeronaves ocorrem durante as fases de pouso e decolagem. O correto dimensionamento desse conjunto é crucial para garantir um nível adequado de segurança e desempenho, sem a adição excessiva de peso à aeronave. Por isso, a utilização de ferramentas de simulação numérica é essencial, permitindo obter estimativas do comportamento de componentes estruturais por meio de modelagem física. Em 2022, a equipe Mandacaru AeroDesign da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) participou da 24ª Competição SAE BRASIL AeroDesign, apresentando um projeto de aeronave equipada com um trem de pouso triciclo composto por rodas de liga de alumínio. Nesse contexto, este trabalho propõe o desenvolvimento otimizado das rodas do conjunto de trem de pouso de uma AeroDesign. A abordagem envolve a aplicação do método de elementos finitos em conjunto com a técnica de otimização topológica, visando garantir um desempenho eficiente da aeronave por meio de componentes leves e seguros. Como resultado, obteve-se uma geometria otimizada com massa reduzida para as rodas do trem de pouso principal, com 17,12 g (uma redução de 57,80%) e para as rodas do trem de pouso frontal, com 10,82 g (uma redução de 73,26%). Esses resultados refletem uma melhoria significativa em relação ao projeto utilizado pela equipe em 2022, representando uma contribuição importante para o desempenho global da aeronave. Além da redução de peso, os componentes otimizados mantêm o nível de segurança e confiabilidade exigido para suportar as operações de pouso e decolagem, validando a eficácia da metodologia aplicada.