PG-EAM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Aeronáutica e Mecânica
EN PT
Dissertação de Mestrado 2021

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

Autor

Victor Maurício Mattos de Andrade

Orientador

  • Orientador Bento Silva de Mattos

Área de Concentração

Projeto Aeronáutico, Estruturas e Sistemas Aeroespaciais

Data de Defesa

07/12/2021

Número da Tese

78144

Resumo

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.

Palavras-chave

Mísseis Otimização Equações de movimento Mecânica de voo Aerodinâmica Física