O desenvolvimento de aeronaves mais eficientes, com reduzido consumo de combustível e emissões de poluentes é uma prioridade em todos os projetos aeronáuticos. A utilização de asas mais longas é uma das maneiras de aumentar a eficiência aerodinâmica. Uma consequência negativa dessa escolha é o fato de que, quanto mais longa a asa do avião, mais flexível a estrutura. As deflexões da estrutura em voo podem gerar vibrações que reduzem o conforto interno, e reduzem a estabilidade do avião.

O Laboratório de Novos Conceitos em Aeronáutica (LNCA), do ITA, tem se dedicado a estudar como a flexibilidade estrutural afeta a dinâmica do voo das aeronaves. Para isso, o grupo de pesquisa desenvolveu protótipos de aeronaves remotamente pilotadas capazes de replicar, em voo, fenômenos típicos de aeronaves muito flexíveis. O projeto foi realizado em parceria com a Universidade de Michigan, financiado pela Embraer e FINEP, com o apoio da Fundação Casimiro Montenegro Filho-FCMF.

O Projeto “Estudos Avançados em Física do Voo” teve início em 2014 (projeto FINEP nº 01.14.0184-00) e conclusão em agosto de 2020, contando com a coordenação dos Profs Drs Flávio José Silvestre e Flávio Luiz Cardoso Ribeiro. Durante sua execução, foram construídos e instrumentados dois protótipos da aeronave X-HALE-BR: um protótipo de flexibilidade leve, de 4 metros de envergadura, e outro muito flexível, de 6 metros de envergadura.

Durante uma primeira etapa, entre 2016 e início de 2017, ensaios em solo foram executados (ensaios de vibração e ensaios em túnel de vento, realizados no túnel TA-2 do Instituto de Aeronáutica e Espaço – IAE). O primeiro voo da aeronave de 4 metros ocorreu dia 14 de julho de 2017. Desde então, outros 48 voos foram realizados com esse protótipo.

No dia 31 de outubro de 2019, a equipe do ITA realizou o primeiro voo da aeronave X-HALE-BR de 6 metros de envergadura. Com um alongamento de asa muito elevado, essa aeronave apresenta deflexões estruturais grandes durante o voo, bem maiores do que as aeronaves comerciais atuais. No final de 2019, foram realizados 6 voos com esse protótipo.

Em todos os voos, a aeronave de 6 metros voou equipada com um sistema de aumento de estabilidade desenvolvido no ITA, que permite melhorar as características de pilotagem. Além disso, um sistema de aquisição de dados que permite a obtenção de dados estruturais da aeronave em tempo real foi testado.

Todos os voos foram feitos no aeroporto de São José dos Campos, que fica no campus do DCTA. A equipe contou com o apoio do IPEV, INFRAERO e DTCEA para a realização dos voos.

Em paralelo ao trabalho de instrumentação, teste e operação das aeronaves X-HALE-BR, a equipe dedicou-se ao estudo de técnicas de modelagem e controle de aeronaves flexíveis. Várias ferramentas computacionais foram desenvolvidas para simular aeronaves desse tipo com diferentes níveis de flexibilidade. Os resultados dos ensaios em voo permitiram a validação desses modelos de simulação desenvolvidos no ITA.

O projeto contou com a participação de seis professores efetivos do ITA, um professor colaborador e um instrutor, além de parceiros como o Prof. Carlos Cesnik da Universidade de Michigan. Houve grande envolvimento de alunos de pós-graduação. No total, foram concluídas 5 teses de doutorado e 15 dissertações de mestrado em temas relacionados à esse projeto. Outras 5 teses de doutorado e 9 dissertações de mestrado continuam em andamento. Vale destacar que vários desses trabalhos são realizados em co-orientação com profissionais da Embraer. Além disso, 15 desses trabalhos foram ou estão sendo realizados por funcionários da Embraer, que fizeram mestrado ou doutorado sob orientação de membros do projeto.

Destaca-se ainda a produção técnica realizada ao longo do período de execução do projeto. Além de 14 relatórios técnicos, a equipe publicou cerca de 50 artigos em conferências e periódicos internacionais, colocando o ITA em destaque internacional na área de estudo de aeronaves flexíveis.

Finalmente, graças a esse projeto, o LNCA agora conta com uma sala de integração eletrônica, equipada para a instrumentação e operação de aeronaves remotamente pilotadas.

Futuras etapas devem dedicar-se principalmente ao estudo de técnicas de controle de aeronaves flexíveis, visando a redução dos efeitos da flexibilidade.

Financiamento dos estudos:

O projeto “Estudos Avançados em Física do Voo” contou com um aporte de R$ 2.2 milhões (R$ 1.1 milhão pela Embraer e R$ 1.1 milhão pela Finep), que permitiu o desenvolvimento dos protótipos, instrumentação, aquisição de equipamentos para o laboratório e pagamento de bolsas. Em 2019, a Embraer, através do projeto DinaFlex, contribuiu com um investimento adicional de aproximadamente R$ 450 mil. Além disso, o projeto contou com o apoio dos programas CAPES ITA,  CAPES Demanda Social e CNPq (para bolsas de mestrado, doutorado e pós-doutorado), totalizando cerca de R$ 700 mil em bolsas de estudo.