PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
PT EN
Master's Dissertation 2021

Otimização de alcance de mísseis em função de parâmetros geométricos das superfícies sustentadoras

Author

Victor Maurício Mattos de Andrade

Advisor

  • Advisor Bento Silva de Mattos

Concentration Area

Projeto Aeronáutico, Estruturas e Sistemas Aeroespaciais

Defense Date

07/12/2021

Thesis Number

78144

Abstract

O presente trabalho trata de otimizações para a obtenção de geometrias de mísseis de propelente sólido de médio alcance. Seguindo uma metodologia aqui desenvolvida, deseja-se maximizar o alcance dos mísseis considerando uma fuselagem pré-determinada e diferentes missões: solo-solo, ar-solo com todo o voo propulsado e ar-solo com uma fase de descida sem motor em funcionamento. Conceitos de dinâmica de mísseis foram analisados, abordando as equações de movimento, descrevendo as forças e momentos atuantes neste tipo de veículo. Os modelos utilizados para a dinâmica de voo são descritos: aerodinâmica, propulsão, atmosfera e gravidade. O aplicativo Missile DATCOM foi utilizado para calcular coeficientes aerodinâmicos. Analisou-se conceitos e metodologias de otimização de projeto conceitual, focando em algoritmos genéticos, utilizados no trabalho. Explorou-se a utilização de algoritmos genéticos e conceitos de otimizações mono e multiobjetivo. Desenvolveu-se um modelo de simulação massa-ponto longitudinal das equações de movimento, mas a obtenção dos coeficientes aerodinâmicos trata o veículo como tridimensional, também considerando o equilíbrio em rotação através de deflexão das empenagens. Estimou-se o dimensionamento de um veículo base, utilizando a fuselagem deste como referência para as otimizações. O fluxograma do processo está descrito, especificando os parâmetros de otimização utilizados nos casos mono e multiobjetivo, apresentando variáveis de projeto, condições fixas e restrições de projeto, tanto geométricas como operacionais, incluindo uma de estabilidade estática que foi aplicada em parcialidade dos casos a fim de verificar seu efeito nas otimizações. As superfícies sustentadoras foram otimizadas para maximizar alcance nas três missões descritas, uma por vez. Parâmetros da configuração de referência e das missões foram modificados para verificar o impacto nos resultados. Otimizações biobjetivo foram realizadas, considerando missões solo-solo e ar-solo sem planeio e missões solo-solo e ar-solo com planeio, com análises de alguns resultados do Pareto. Conclui-se que a metodologia desenvolvida fornece resultados razoáveis em pequeno espaço de tempo, podendo ser utilizada como ferramenta para projeto conceitual.

Keywords

Mísseis Otimização Equações de movimento Mecânica de voo Aerodinâmica Física