Flap com rigidez variável melhora muito sustentação de aviões

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/06/2023

Esquema da descrição do problema e estrutura do aprendizado por reforço.
[Imagem: UIUC/Grainger College of Engineering]

Asa com rigidez variável

Há uma extensa bibliografia sobre como um flap de posição fixa afeta a sustentação de um avião - é uma tecnologia considerada madura.

No entanto, Nirmal Nair e Andres Goza, da Universidade do Illinois, nos EUA, queriam levar a conversa noutra direção: E se usássemos flaps com rigidez variável?

Eles se perguntaram se poderiam modelar um flap em um aerofólio - uma asa - com rigidez variável ao longo do tempo, assim como um pássaro consegue tensionar ou enrijecer a musculatura e os tendões conectados às penas para ajustar seu nível de sustentação durante as diversas etapas de voo, muito mais exigentes do que em um avião.

"Nós sabíamos de estudos anteriores que ter um flap com alguma rigidez pode ajudar a aumentar a sustentação no regime de estol," disse Goza. "Então, isso levantou a questão: E se você pudesse ajustar a rigidez? Quanto benefício haveria?"

Para projetar sua asa bioinspirada, a dupla modelou um atuador de rigidez variável em um flap articulado a um aerofólio por meio de uma mola de torção, criando um controlador híbrido que altera a rigidez ao longo do tempo. O flap em si não desce e nem se dobra de forma alguma - a rigidez refere-se a quão firmemente a mola de torção está segurando o flap.

Um algoritmo de inteligência artificial então fez o resto, testando o sistema em todas as situações possíveis. "Na simulação, nós treinamos um controlador que determinava um valor específico no espectro de muito apertado a muito frouxo. O controlador foi construído usando aprendizado por reforço e treinado para selecionar uma rigidez para melhorar a sustentação no aerofólio," explicou Goza.

A asa reage de modo muito eficiente às condições mais exigentes de voo.
[Imagem: Nirmal J. Nair et al. - 10.1017/jfm.2023.28]

Ganhos de sustentação

O resultado foram ganhos excepcionais de sustentação, que foram de 85%, em comparação com o melhor caso de rigidez fixa, até 136%, em relação ao aerofólio sem flap.

A equipe afirma que seus resultados têm aplicação mais imediata em aeronaves não-tripuladas, que possuem computadores de bordo para controlar o sistema de ajuste.

"Para essas aeronaves menores, as rajadas podem ter um impacto muito maior," disse Goza. "Elas precisam ser mais manobráveis, por exemplo, em desastres naturais pode haver a necessidade de chegar a um local onde os humanos não possam viajar facilmente."

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