Ferramenta para análise conceitual de performance de aeronave elétrica com modelica

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional em Mo delica para análise conceitual de desempenho de aeronaves elétricas, motivada pela necessidade de métodos capazes de avaliar missões completas considerando as li mitações impostas pela baixa densidade energética das baterias. O problema central consiste em suprir a falta de modelos integrados que representem simultaneamente aerodinâmica, propulsão elétrica, dinâmica de voo e consumo energético durante to das as fases da operação. Justifica-se a pesquisa pela crescente relevância da eletri f icação na aviação e pela carência de ferramentas acessíveis e adequadas às etapas iniciais de projeto. O objetivo foi implementar e validar um modelo físico contínuo que permita estimar o comportamento operacional de aeronaves elétricas e apoiar decisões preliminares de engenharia. O método utilizado envolveu a formulação das equações fundamentais de desempenho, a implementação do modelo em ambiente Modelica e a validação dos resultados por meio de comparação com dados publica dos do Pipistrel Velis Electro. Os resultados mostraram que o modelo foi capaz de reproduzir tendências de desempenho com erros majoritariamente abaixo de 15%, compatíveis com análises de fase conceitual, permitindo avaliar alcance, autonomia, consumo energético e características de decolagem com coerência em relação ao comportamento real da aeronave. Conclui-se que a ferramenta atende ao propósito de auxiliar estudos iniciais e oferecer suporte à avaliação de viabilidade de configura ções elétricas na aviação.

This work presents the development of a computational tool in Modelica for conceptual analysis of electric aircraft performance, motivated by the need for methods capable of evaluating complete missions while considering the limitations imposed by the low energy density of batteries. The central problem lies in addressing the lack of inte grated models that simultaneously represent aerodynamics, electric propulsion, flight dynamics, and energy consumption throughout all phases of operation. The research is justified by the growing relevance of electrification in aviation and the shortage of accessible tools suitable for early design stages. The objective was to implement and validate a continuous physical model capable of estimating the operational behavior of electric aircraft and supporting preliminary engineering decisions. The method in volved formulating the fundamental performance equations, implementing the model in the Modelica environment, and validating the results through comparison with pub lished data from the Pipistrel Velis Electro. The results showed that the model was able to reproduce performance trends with error levels mostly below 15%, compatible with conceptual-phase analyses, enabling the evaluation of range, endurance, energy consumption, and takeoff characteristics with coherence relative to the real aircraft be havior. It is concluded that the tool fulfills its purpose of assisting early-stage studies and supporting feasibility assessments of electric configurations in aviation.