Estudo de nervuras estruturais de asas para vants fabricadas a partir de manufatura aditiva com materiais compósitos e sua viabilidade econômica

Abstract

Na indústria aeronáutica a fabricação de nervuras é uma etapa de extrema importância para uma aeronave atender às especificações de projeto. As nervuras das asas são os componentes que fornecem estrutura para asa combinando longarinas e reforçadores. As nervuras também sao vistas nas superfícies de comando, sempre com o objetivo de manter o formato aerodinâmico desejado da asa ou superfície, além de amarrar os outros componentes estruturais da asa. O objetivo principal desta pesquisa foi estudar as diversas possibilidades de geometria e redução de peso dessas nervuras utilizando a manufatura aditiva e materiais compósitos. Procurou-se estudar as implicações de uma peça fabricada em manufatura aditiva no orçamento de um veículo aéreo não tripulado (VANT), comparando com materiais mais convencionais na indústria (Compensado naval, Ácido polilático e o Alumínio), fazendo simulações estruturais utilizando o método dos elementos finitos com três geometrias diferentes para comprovar suas capacidades estruturais, e assim estudou-se também sua viabilidade econômica. Notouse que o Polietileno Tereftalato Glicol (PETG) + Fibra de carbono (FC) não se mostrou o melhor material para a fabricação das nervuras em situaçoes cotidianas, diferente do compensado naval, sendo restrito o uso do PETG+FC a situações adversas, onde a possibilidade de imprimir a peça de reposição em horas, permita a reinserção da aeronave em operação.

In the aeronautical industry, the fabrication of ribs is an extremely important step for an aircraft to meet the design specifications. The ribs of the wings are the components that provide structure to the wing by combining spars and stiffeners. The ribs are also seen on the control surfaces, always with the aim of maintaining the desired aerodynamic shape of the wing or surface, in addition to tying the other structural components of the wing. The main objective of this research was to study the various possibilities of geometry and weight reduction of these ribs using additive manufacturing and composite materials. We sought to study the implications of a part manufactured in additive manufacturing on the budget of an unmanned aerial vehicle (UAV), comparing it with more conventional materials in the industry (Naval Plywood, Polylactic Acid and Aluminum), making structural simulations using the method of finite elements with three different geometries to prove their structural capabilities, and thus their economic viability was also studied. It was noted that Polyethylene Terephthalate Glycol (PETG) + Carbon Fiber (FC) was not the best material for the manufacture of ribs in everyday situations, unlike marine plywood, and the use of PETG+FC was restricted to adverse situations, where the possibility of printing the spare part in hours, allow the reinsertion of the aircraft in operation.