Asas de pássaros inspiram nova abordagem para segurança dos aviões

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/11/2024

Você provavelmente não verá esta solução em aviões de passageiros, mas aviões de pequeno porte e drones têm muito a ganhar com esses flaps que imitam penas de pássaros.
[Imagem: Princeton University/Lori Nichols]

Penas ocultas

Inspirando-se nas penas de pássaros, engenheiros descobriram que adicionar fileiras de abas às asas de uma pequena aeronave controlada remotamente melhora o desempenho do voo e ajuda a evitar a perda de sustentação, uma condição que pode comprometer a capacidade do avião de se manter no ar.

"Esses flaps podem ajudar o avião a evitar o estol e facilitar a recuperação do controle quando o estol ocorre," disse Aimy Wissa, da Universidade de Princeton, nos EUA.

Os flaps imitam um grupo de penas, chamadas penas ocultas, que se desdobram quando os pássaros realizam certas manobras aéreas, incluindo pousar. Biólogos observaram quando e como essas penas se desdobram, e estudos de engenharia já haviam testado flaps inspirados nelas, mas os experimentos sempre usaram abas individuais, enquanto os pássaros têm várias fileiras de penas ocultas.

A equipe então decidiu analisar como conjuntos de flaps funcionam juntos, explorando a física complexa que governa a interação.

Uma série de experimentos no túnel de vento permitiu estudar como flaps imitando as penas afetam o desempenho do voo, especialmente perto do estol, o que geralmente acontece quando o avião está em um ângulo muito acentuado - justamente quando as penas ocultas se abrem.

O túnel de vento permitiu que a equipe examinasse como diferentes arranjos de flap afetam variáveis como pressão do ar ao redor das asas, velocidade do vento sobre a asa e vórtices que impactam o desempenho, e então projetar o modo mais eficiente de se contrapor ao risco de perda de sustentação da aeronave.

Os flaps biomiméticos presos à asa do modelo de avião impressa em 3D. Os flaps se desdobram automaticamente em resposta a mudanças no fluxo de ar e podem ajudar a evitar que os aviões sofram estol.
[Imagem: Princeton University/Lori Nichols]

Manutenção da sustentação

Os pesquisadores testaram configurações com um único flap e com múltiplos flaps, variando de duas a cinco fileiras. Eles descobriram que a configuração de cinco fileiras melhorou a sustentação em 45%, reduziu o arrasto em 30%, além de melhorar a estabilidade geral da asa.

O estudo também revelou a física pela qual os flaps melhoraram a sustentação e identificou duas maneiras pelas quais os flaps controlam o ar que se move ao redor da asa. Um desses mecanismos de controle não havia sido identificado anteriormente. Os pesquisadores descobriram o novo mecanismo, chamado interação da camada de cisalhamento, quando estavam testando o efeito de um único flap perto da frente da asa. Já o outro mecanismo só é eficaz quando o flap está na parte de trás da asa.

"A descoberta desse novo mecanismo desvendou um segredo por trás do motivo pelo qual os pássaros têm essas penas perto da frente das asas e como podemos usar esses flaps para aeronaves," disse Wissa. "Especialmente porque descobrimos que quanto mais flaps você adiciona à frente da asa, maior o benefício de desempenho."

Além de melhorar o voo, a descoberta poderá ser estendida a outras aplicações onde modificar o fluido circundante pode beneficiar o desempenho. "O que descobrimos sobre como as penas ocultas alteram o fluxo de ar ao redor da asa pode ser aplicado a outros fluidos e outros corpos, tornando-os aplicáveis a carros, veículos subaquáticos e até mesmo turbinas eólicas," disse Girguis Sedky, membro da equipe.

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