A NASA conseguiu suprimir ativamente a vibração de uma asa flexível em voo, o que pode agora abrir o caminho para a construção de asas mais leves e de baixa resistência em futuras aeronaves. Asas mais leves também significam melhor consumo de combustível.

O feito foi demonstrado em voos do Lockheed X-56A no Centro de Pesquisas de Voo Armstrong da NASA, na Base Aérea de Edwards, Califórnia.

Flutter é uma instabilidade aeroelástica que pode levar a falhas estruturais. Convencionalmente, as asas são projetadas para serem rígidas o suficiente para que os limites de velocidade e pressão dinâmica para o início do flutter estejam bem fora do envelope de voo normal da aeronave. Mas essa margem de segurança adiciona peso à estrutura.

O X-56 foi projetado para ter pelo menos um modo de flutter dentro de seu envelope de voo normal que pode ser ativamente suprimido usando o sistema de controle de voo digital da aeronave. Até agora, a NASA demonstrou que esse modo de vibração pode ser suprimido a 203 km/h, bem dentro da faixa de velocidade da aeronave não-tripulada.

Nosso objetivo final é encontrar uma arquitetura de controle que nos permita ultrapassar a instabilidade de flutuação“, disse Chris Miller, engenheiro-chefe da NASA para o programa X-56A. “Nos anos 80 e 90, a Airbus e a Boeing usaram fly-by-wire para reduzir a exigência de estabilidade estática. Queremos fazer algo semelhante com o flutter, por isso precisamos de menos margem estrutural”.

A intenção, por enquanto, não é permitir que futuros aviões comerciais voem com instabilidade de flutter, mas permitir que os projetistas usem a supressão ativa para voar com segurança perto do limite de flutter e assim reduzir a margem estrutural imposta na construção das asas. Isso permitirá asas mais finas, leves e flexíveis, que reduzem o arrasto e melhoram a eficiência do combustível.

O X-56A, em formato de asa voadora e movido a jato, foi originalmente construído pela Skunk Works da Lockheed para o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA (Air Force Research Laboratory – AFRL) para demonstrar a supressão ativa de flutter. A aeronave voou pela primeira vez em julho de 2013 e fez 16 voos equipados com uma asa rígida de fibra de carbono, mas caiu na decolagem em novembro de 2015 em seu primeiro voo de supressão de flutter com uma asa flexível de fibra de vidro.

O segundo X-56A, chamado “Buckeye”, foi transferido para a NASA Armstrong e completou 8 voos com uma asa rígida antes de iniciar os testes com a asa flexível e diferentes controladores de voo. Os vôos iniciais foram usados para melhorar os modelos aerodinâmicos para prever o início do flutter, e o foco agora mudou para demonstrar a supressão de flutter em altas velocidades.

Com a asa altamente flexível, pelo menos um modo de instabilidade – BFF (Body Freedom Flutter) – está dentro do envelope operacional da aeronave. “Não temos 100% de certeza sobre o que está além desse primeiro modo. Nós não fomos rápido o suficiente”, diz Miller. “Mas nós mostramos que podemos suprimir esse modo dentro do envelope de voo de forma robusta e voar um pouco além da instabilidade“.

O flutter de “liberdade do corpo” pode ser exibido por configurações, como asas voadoras com baixa inércia de pitch e asas altamente flexíveis com altas frequências de curto período que podem ser acopladas a freqüências de baixa frequência para produzir instabilidades. A BFF foi encontrada no bombardeiro Northrop B-2 e no Lockheed SR-71 e nos delgados projetos de transporte supersônico das décadas de 1960 e 1970.

O flutter pode ser destrutivo. A ampla vibração do solo e o teste de cargas produziram uma previsão de pré-voo para o início do flutter. Os voos, em seguida, recriam na velocidade do ar, comparando o quão bem o modelo prevê as taxas de margem e amortecimento a cada velocidade sucessivamente maior. A equipe atualiza o modelo e as leis de controle para o próximo voo.

Esse paradigma de fly-fix-fly, embora mais rápido do que o desenvolvimento da lei de controle normal, permite que a equipe se envolva no flutter, diz Miller. A NASA mostrou pela primeira vez a supressão de flutter ativa usando um controlador de voo clássico e agora está testando um controlador moderno. “Isso é menos intuitivo para projetar e mais matematicamente complexo, mas idealmente mais robusto“.

Quando voou pela primeira vez, o controlador moderno não teve o desempenho esperado, porque o modelo usado não era preciso o suficiente. Por isso, a NASA realizou voos adicionais para melhorar o modelo. A equipe está novamente testando o controlador moderno, começando em 130 km/h, aumentando a confiança e progredindo em direção à meta de supressão de flutter em 18 km/h.

A NASA continua a trabalhar com a AFRL, que financia a pesquisa, e a Skunk Works. A tecnologia de supressão de flutter pode ser aplicada a futuros aviões militares tripulados e não tripulados. Mas o interesse da NASA está em sua aplicação em futuros aviões de passageiros, incluindo projetos não convencionais.


FONTE: Aviation Week


NOTA DO EDITOR: Motores pendurados também ajudam a diminuir o flutter, agindo como pesos anti-vibração.

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