Otimização de pás de hélice utilizando o algoritmo de otimização por enxame de partículas (PSO) e a Teoria dos Elementos de Pá

Abstract

O desenvolvimento de aeronaves com propulsão a hélice mais eficientes na emissão de CO2 traz consigo a necessidade de se desenvolver hélices mais eficientes. Uma das formas é através da otimização, que visa buscar a melhor solução possível. Sendo assim, este trabalho buscou realizar um software para otimização da eficiência propulsiva de hélices, modificando as variáveis relacionadas aos perfis aerodinâmicos de sete seções ao longo de uma pá. Foi utilizado a Teoria dos Elementos de Pá para obtenção dos resultados da hélice; o Algoritmo de Otimização por Enxame de Partículas para otimização; e a parametrização de Bézier para mudança nos aerofólios. Durante a validação da ferramenta, percebeu-se que o algoritmo implementado foi capaz de encontrar soluções globais para otimização; porém, a validação do método para previsão dos resultados do comportamento aerodinâmico das hélices pela Teoria dos Elementos de Pá mostrou-se pouco destoante em comparação aos resultados experimentais. Por fim, foi realizado a otimização da eficiência de uma hélice proposta.

The development of new propeller aircrafts with higher CO2 emissions efficiency brings the necessity of blades with higher propeller efficiency. A way of achieving this goal is optimizing. Thus, this present study aims to develop a software which optimizes the propeller efficiency, over modification of seven different airfoils along the blade sections. The Particle Swarm Optimization algorithm was used as the optimizer; the Blade Element Theory was used for computing the propeller results; and the Bézier curves for changing the airfoil shapes. During the software validation, some excellent results were observed in finding the maximum global; otherwise, the Blade Element Theory shown different results between a blade analyzed in the software and those found in experimental analysis. Finally, a propeller optimization case was studied.