Pesquisadores estudam vantagens de um avião com 10 motores elétricos

Imagem: Centro Aeroespacial Alemão

O desenvolvimento de tecnologias cotidianas e amigas do clima para o tráfego aéreo do futuro está no topo da agenda do Centro Aeroespacial Alemão (DLR). A pesquisa se concentra, entre outras coisas, em novas configurações de aeronaves que podem ser operadas comercialmente com sucesso, com emissões e ruído significativamente mais baixos. Os acionamentos elétricos ou híbridos-elétricos têm potencial para configurações de aeronaves que atendam a esses requisitos.

Como parte do projeto conjunto financiado pelo Ministério Federal de Assuntos Econômicos e Energia (BMWi), os cientistas do DLR em Hamburgo, Braunschweig e Göttingen, juntamente com seus parceiros Airbus, Rolls Royce e Bauhaus Luftfahrt eV, examinaram o sistema geral de uma aeronave híbrida-elétrica de curta distância para até 100 passageiros com propulsões distribuídas nas asas. Com esta tecnologia, as unidades são distribuídas por toda a extensão da asa e, assim, levam a um fluxo de ar mais eficiente.

Vantagens aerodinâmicas

“As asas de aeronaves regionais clássicas são frequentemente superdimensionadas para atingir um bom desempenho de decolagem e pouso“, explica o Dr. Martin Hepperle do Instituto DLR de Aerodinâmica e Tecnologia de Fluxo. “Essas aeronaves então voam quando estão em cruzeiro com consumo excessivo de energia.”

Simulações de fluxo de alta precisão mostraram que os acionamentos elétricos permitem que o empuxo seja distribuído para muitas hélices menores. Se os fluxos de ar então fluírem pela asa, eles fornecem maior sustentação e aerodinâmica mais eficiente. Por meio desse efeito, os parceiros do projeto conseguiram reduzir a área e a massa da asa, reduzindo o arrasto devido à interação dos fluxos de hélice com os vórtices da ponta da asa.

Como projeto final para uma aeronave com acionamentos híbrido-elétricos distribuídos, os pesquisadores selecionaram e avaliaram um conceito com turbo geradores na fuselagem e dez motores elétricos ao longo do bordo de ataque da asa como a melhor solução em diferentes arranjos.

O projeto e a instalação ideal das hélices tornam possível reduzir a corda (“profundidade”) da asa e o tamanho do leme e, assim, reduzir o consumo de energia em cerca de 10%.

“Graças ao arranjo especial das hélices, fomos capazes de compensar as desvantagens de peso do sistema de acionamento elétrico-híbrido”, diz Hepperle. “Com nosso conceito de multi-motor, também fomos capazes de tornar o estabilizador vertical menor e, portanto, mais leve e com menos resistência”, continua Hepperle.

Imagem: Centro Aeroespacial Alemão

Características de voo postas à prova

Durante o primeiro voo virtual em simulador, os pilotos de teste do DLR avaliaram as características de voo da aeronave híbrida-elétrica de curta distância. Na aproximação de pouso em particular, verificou-se que a interação aerodinâmica entre a esteira da hélice e a asa tem forte influência nas características de voo.

Para compensar a menor eficácia do menor estabilizador vertical e leme, uma equipe de pesquisa do DLR desenvolveu um controlador de voo que permite o controle de guinada – direção em torno do eixo vertical – usando leme e empuxo diferencial.

Os participantes do projeto desenvolveram e estabeleceram uma “cadeia de ferramentas de simulação de software” contínua para projetos de aeronaves futuras com acionamentos híbridos-elétricos distribuídos no DLR, a fim de expandir a capacidade de avaliação geral da pesquisa e da indústria alemã. 

O conteúdo do trabalho interdisciplinar inclui a aerodinâmica integrada de asa e hélice em estreita interação com questões mecânicas de voo relacionadas ao controle, bem como condições de contorno da estrutura e aeroelasticidade. No futuro, questões em aberto sobre a aeroacústica das hélices distribuídas e sistemas de flap ideais na aproximação de pouso devem ser esclarecidas.

Informações do Centro Aeroespacial Alemão

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Juliano Gianotto
Ativo no Plane Spotting e aficionado pelo mundo aeronáutico, com ênfase em aviação militar, atualmente trabalha no ramo de fotografia profissional.

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