PG-EAM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Aeronáutica e Mecânica
EN PT
Dissertação de Mestrado 2016

Desenvolvimento de asa mórfica usando como atuadores fios de NiTi com efeito memória de forma bidirecional

Autor

Thais Campos de Almeida

Orientador

Área de Concentração

Materiais e Processos de Fabricação

Data de Defesa

14/03/2016

Número da Tese

71265

Resumo

Devido às suas possíveis vantagens, asas mórficas vêm ganhando visibilidade na indústria aeronáutica. Um dos motivos é a capacidade de redução do arrasto devido a uma mudança suave na curvatura, diferente de asas com flap, nas quais tal mudança ocorre de forma brusca. Se associada a um atuador leve, simples e confiável, como os feitos de liga com Efeito de Memória de Forma (LEMF), tais vantagens podem ser ampliadas: diminuição no peso total devido à substituição de atuadores mecânicos e hidráulicos, simplificação do projeto e redução da necessidade de manutenção. Assim, o principal objetivo deste trabalho é analisar a viabilidade de construir uma asa mórfica, cujo arqueamento é variável, a partir de nervuras com mecanismo flexível no bordo de fuga atuadas por fios de NiTi apresentando o Efeito de Memória de Forma. Para atingir tal fim, a nervura mórfica com mecanismo flexível foi proposta e desenvolvida sendo submetida a testes estruturais para garantir sua flexibilidade. Depois de definida, a mesma foi manufaturada por impressão 3D. O fio de NiTi usado como atuador foi treinado por um procedimento termomecânico baseado num processo cíclico com aplicação constante de carga para adquirir o Efeito de Memória de Forma Bidirecional (EMFB). Após o treinamento, o fio apresenta um determinado comprimento quando na fase martensita (baixa temperatura) e outro menor na fase austenita (alta temperatura). A construção da asa é feita intercalando-se fios de NiTi e nervuras para que a atuação seja realizada de forma distribuída ao longo de sua envergadura. Após a construção, a mesma foi testada em túnel de vento para a análise de seu comportamento a diferentes velocidades de escoamento. Os testes no túnel de vento mostram que o carregamento aerodinâmico faz com que a deflexão do bordo de fuga diminua devido à flexibilidade da asa. Além disso, o perfil da asa mórfica foi comparado aos perfis com flaps individuais, duplos e triplos sugerindo que, a pequenas deflexões do bordo de fuga, a asa mórfica apresenta um bom comportamento aerodinâmico: considerável sustentação associada a um pequeno arrasto. Por outro lado, para grandes deflexões, a asa mórfica apresenta grande sustentação associada a um grande arrasto, o que diminui sua eficiência, sendo mais indicado, para essa condição, o uso de flaps. Por fim, analisou-se a possibilidade de substituir os fios de NiTi com EMFB por fios apenas com EMF e observou-se que é possível obter resultado semelhante de deflexão para a nervura mórfica construída.

Palavras-chave

Asas mórficas Atuadores inteligentes Ligas de memória de forma Transformação martensítica Ligas nitinol Metalurgia