OTIMIZAÇÃO DE MÍNIMA POTÊNCIA EM PROJETO CONCEITUAL DE HPA COM AVALIAÇÃO AEROELÁSTICA ESTÁTICA

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de otimização para o projeto conceitual de aeronaves movidas por propulsão humana (HPAs), abordando o impacto da flexibilidade estrutural da asa na minimização da potência requerida em voo de cruzeiro. O estudo parte do desafio de reduzir a potência necessária para o voo em cruzeiro, tendo em vista as limitações impostas pela capacidade física humana. Para isso, modelou-se computacionalmente a asa com cinco variáveis geométricas e implementou-se uma função objetivo com avaliação aeroelástica estática, permitindo a comparação entre configurações flexíveis e rígidas. A otimização foi realizada com um algoritmo genético e, ao longo de 20 execuções para cada caso, avaliou-se a robustez do método e a variabilidade dos resultados. A análise de robustez mostrou que a média dos ótimos está em um valor de potência de 181,37 W com desvio padrão de 1,16 W para o caso flexível e 183,34 W com desvio padrão de 4,60 W para o caso rígido. As melhores potências obtidas foram 180,36 W para o caso flexível e 180,42 W para o caso rígido. O resultado final mostrou que o caso flexível resultou em um momento f letor menor na raiz da asa, com redução de 4,0% em relação ao caso rígido, o que indica uma possível vantagem estrutural na consideração dos efeitos aeroelásticos. Por fim, a comparação com dados de referência da literatura indica que otimizações de parâmetros geométricos nas asas de HPAs podem contribuir para uma diminuição adicional da potência requerida.

This work presents the development of an optimization methodology for the conceptual design of human-powered aircraft (HPAs), addressing the impact of wing structural f lexibility on minimizing the required cruise power. The study is motivated by the challenge of reducing the power needed for cruise flight, considering the limitations imposed by human physical capacity. To this end, the wing was computationally modeled with five geometric variables, and an objective function with static aeroelastic evaluation was implemented, allowing comparison between flexible and rigid configurations. The optimization was carried out using a genetic algorithm, and robustness as well as result variability were assessed through 20 independent executions for each case. The robustness analysis showed that the mean optimal power was 181.37 W with a standard deviation of 1.16 W for the flexible case, and 183.34 W with a standard deviation of 4.60 Wfor the rigid case. The best power values obtained were 180.36 W for the flexible configuration and 180.42 W for the rigid configuration. The final result demonstrated that the flexible case produced a lower root bending moment, with a 4.0% reduction compared to the rigid case, indicating a possible structural advantage when considering aeroelastic effects. Finally, comparison with reference data from the literature suggests that geometric optimization of HPA wings can further contribute to reducing the required cruise power.