Análise de instabilidade aerodinâmica de um perfil NACA através de um modelo reduzido fenomenológico

Abstract

Todas as estruturas desenvolvidas para suportar esforços aerodinâmicos, aeronaves, aerogeradores e até edificações estão sujeitas às vibrações causadas pelo fluxo de ar. Estas vibrações têm sua origem na formação alternada de vórtices em torno do corpo que induzem forças de sustentação periódica sobre a estrutura. Esses esforços dinâmicos promovem movimentos oscilatórios ao longo do corpo, que no caso de perfis aerodinâmicos geram uma instabilidade na sustentação chamada de flutter e pode afetar o funcionamento do perfil até uma perda de sustentação catastrófica. Uma abordagem através da modelagem numérica deste fenômeno implica a resolução do problema do escoamento através das leis da mecânica dos fluidos e do problema estrutural através das leis da mecânica dos sólidos de forma acoplada. Para isto podem ser utilizadas ferramentas de análise pelo método dos elementos finitos do tipo de CFD (Computational Fluid Dynamics) e CSD (Computational Structure Dynamics) para resolver o problema de interação fluido-estrutura. Esses modelos sofisticados e complexos são essenciais para prever o comportamento e assim mitigar os riscos associados a fenômenos indesejáveis, garantindo a segurança e a eficácia das estruturas aerodinâmicas. Como contrapartida estes modelos têm alto custo computacional, muitas vezes incompatíveis com aplicações onde são necessárias respostas rápidas, como no caso de algoritmos de controle que fazem ajustes em tempo real. Para estes casos são utilizados modelos reduzidos que conseguem reproduzir a física analisada, mas com um custo computacional substancialmente menor. Este trabalho se aprofunda neste tipo de modelo com o objetivo obter um modelo reduzido que permita predizer o comportamento do aerofólio NACA 0012 para diferentes condições de fluxo. Essa abordagem visa alcançar resultados precisos comparáveis obtidos com modelos mais complexos de referência, mas em uma fração do tempo. A pesquisa envolve uma análise detalhada do comportamento do perfil NACA 0012 sob diferentes condições de escoamento. O modelo será calibrado a partir de dados de um modelo de interação fluido-estrutura resolvido pelo método dos elementos finitos. Os resultados oferecidos se mostraram satisfatórios e proporcionam uma alternativa prática para situações específicas onde os recursos computacionais são limitados ou há necessidade de resultados rápidos. A metodologia proposta pode ser adaptada para diferentes contextos aeroelásticos