Análise de sensibilidade paramétrica de hélice instalada em ponta de asa

Abstract

O presente Trabalho de Conclusão de Curso teve como objetivo analisar a influência do posicionamento de hélices instaladas na ponta de asa sobre o desempenho aerodinâmico de configurações propulsivas elétricas distribuídas. A motivação decorre da busca por soluções que contribuam para a descarbonização da aviação, mediante a integração entre aerodinâmica e propulsão elétrica. O estudo fundamenta-se em conceitos de aerodinâmica de asas finitas, teoria do disco atuador e método dos painéis (Vortex Lattice Method – VLM), utilizando o software OpenVSP/VSPAERO desenvolvido pela NASA. Foram simuladas 21 configurações distintas, variando-se os deslocamentos longitudinal e vertical da hélice em relação à ponta da asa, além do caso de referência sem propulsor. Os resultados indicaram que o afastamento longitudinal da hélice reduz o coeficiente K — associado ao arrasto induzido — em até 15%, enquanto o deslocamento vertical para cima tende a aumentar o arrasto. A configuração com a hélice posicionada moderadamente à frente e ligeiramente abaixo da ponta da asa apresentou o melhor desempenho aerodinâmico, demonstrando que o posicionamento otimizado pode proporcionar efeito equivalente ao aumento da razão de aspecto, sem acréscimo de massa estrutural. Conclui-se que a propulsão elétrica distribuída pode atuar como meio para redução de arrasto induzido, contribuindo para o desenvolvimento de aeronaves mais eficientes e sustentáveis.

This undergraduate thesis aimed to analyze the influence of propeller positioning at the wingtip on the aerodynamic performance of distributed electric propulsion configurations. The motivation stems from the search for solutions that contribute to aviation decarbonization through the integration of aerodynamics and electric propulsion. The study is based on the concepts of finite wing aerodynamics, actuator disk theory, and the Vortex Lattice Method (VLM), using the OpenVSP/VSPAERO software developed by NASA. A total of 21 different configurations were simulated, varying the propeller’s longitudinal and vertical displacements relative to the wingtip, in addition to the reference case without propulsion. Results showed that increasing the longitudinal offset of the propeller reduces the coefficient K—associated with induced drag—by up to 15%, while upward displacement increases drag. The configuration with the propeller positioned moderately forward and slightly below the wingtip achieved the best aerodynamic performance, demonstrating that optimized positioning can provide an effect equivalent to increasing the aspect ratio, without structural mass penalties. It is concluded that distributed electric propulsion can act as a means to reduce induced drag, contributing to the development of more efficient and sustainable aircraft.