Dissertação

{en_GB=Morphing Conceptual Design – A320 Vertical Tail} {} EVALUATED

{pt=Nas últimas décadas, uma procura crescente de voos comerciais juntamente com uma acrescida preocupação ambiental desafia a indústria aeroespacial, exigindo aeronaves com maior eficiência e menores taxas de consumo de combustível por passageiro. Uma oportunidade de melhoria foi identificada na cauda vertical da aeronave AIRBUS A320, onde um substituto mórfico poderia contribuir no sentido de aumentar a sua eficiência. Várias estruturas mórficas foram estudadas, baseadas em diversas tecnologias recentes, contudo, apenas algumas poderiam ser certificadas e implementadas em aeronaves civis. Foi gerado um conjunto de soluções mórficas e efectuado um estudo comparativo, tendo sido seleccionado um conceito baseado na flexão de uma casca em material compósito laminado. Os grandes deslocamentos característicos deste movimento mórfico induzem extensões elevadas no material, sendo necessárias várias análises para garantir a viabilidade da solução. A casca foi analisada em FEM, tendo sido escolhido uma modelação simplificada em faixa. A natureza do problema implicou a utilização de uma análise Não-Linear. As formas geométricas mórficas obtidas foram comparadas com aquelas que servem de referência e as propriedades mecânicas comparadas com os valores tabelados, quando a casca é simultaneamente flectida e carregada aerodinamicamente. As zonas com maiores extensões foram identificadas, assim como o comportamento característico da estrutura. Um processo de optimização foi adoptado a fim de reduzir o peso estrutural. Esta investigação prova que os materiais actualmente certificados pela AIRBUS podem ser utilizados nestas estruturas, substituindo a actual configuração do leme de direcção e contribuindo também para um conhecimento aprofundado do comportamento de placas de compósito à flexão. , en=In the last decades, flight transportation has grown and environmental requirements have become more stringent. This challenges the aerospace industry to design more efficient aircrafts with lower fuel consumption per passenger. An improvement opportunity was identified on the Vertical Tail of the AIRBUS A320 where a morphing design of the rudder could contribute towards these objectives. Several morphing concepts exist based on state-of-art materials and technologies but just a few could be certified and implemented on a civil aircrafts. A group of morphing rudder solutions was created and a trade-off analysis performed. A conceptual design based on a composite bended skin was selected for further investigation. The large displacements involved in this morphing movement induce high strains in the material and further analyses should be performed to check the feasibility of this design. For this, the skin was modelled and studied in detail with 2D FEM Strip Models. The nature of the problem implies a Non-Linear Geometric FEM analysis. The morphed shapes obtained with the analysis were compared to the target ones. Furthermore, the most important allowables were checked for the composite skin under bending and air loading. The locations with highest strains were identified as well as the structure characteristic behaviour. An optimization process was done in order to reduce the structural weight. This research proves that current AIRBUS qualified materials can achieve morphing, in the case of the A320 VTP, and contributes to a better understanding on the behaviour of bended composite plates }
{pt=morfismo, bordo de fuga mórfico, flecha variável, estruturas mórficas, estabilizador vertical, leme de direcção, en=morphing, morphing trailing edge, variable camber, morphing structures, vertical stabilizer, morphing rudder}

Novembro 6, 2018, 8:0

Orientação

ORIENTADOR

Nuno Miguel Rosa Pereira Silvestre

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático

ORIENTADOR

Dort Daandels

Airbus