Análise da substituição dos suportes metálicos do cabeamento de uma aeronave por componentes termoplásticos

Abstract

A busca contínua por materiais que combinem leveza e resistência constitui um dos desafios centrais na indústria aeroespacial. A substituição de componentes metálicos por alternativas termoplásticas representa uma estratégia promissora, com o potencial de diminuir significativamente o consumo de combustível e os custos de produção, sem comprometer a segurança operacional das aeronaves. O estudo teve como objetivo avaliar a validação de um bracket em poliamida, considerando design, desempenho mecânico, e adequação operacional em comparação com a versão metálica e com a versão em que teve falha no primeiro ensaio dinâmico realizado. Utilizou-se modelagem por CAD e análise computacional estática e dinâmica para avaliar a geometria e o comportamento mecânico do bracket, com foco nas modificações para aumentar a rigidez e reduzir falhas. Testes práticos e simulações de condições operacionais complementaram a análise. O modelo final de suporte de Nylon desenvolvido apresentou melhorias significativas em relação ao inicialmente prototipado e também em relação a peça original (metálica). A rigidez aumentou, como evidenciado pela redução de 31,36% no deslocamento no eixo Z. Além disso, houve uma economia de peso, com o "Nylon New" pesando 3,2 gramas por unidade contra 4,13 gramas do suporte metálico, traduzindo-se em uma redução de 930 gramas considerando a quantidade de 1000 suportes por aeronave. A substituição do suporte metálico pelo "Nylon New" mostrou-se não apenas viável, mas vantajosa. O "Nylon New" oferece uma melhoria na performance mecânica, com aumento significativo na rigidez e redução no custo e no peso, contribuindo para a eficiência operacional da aeronave e proporcionando um corte substancial nos custos.

The continuous search for materials that combine lightness and resistance constitutes one of the central challenges in the aerospace industry. Replacing metallic components with thermoplastic alternatives represents a promising strategy, with the potential to significantly reduce fuel consumption and production costs, without compromising aircraft operational safety. The study aimed to evaluate the validation of a polyamide bracket, considering design, mechanical performance, and operational suitability in comparison with the metallic version and the version that failed in the first dynamic test performed. CAD modeling and static and dynamic computational analysis were used to evaluate the geometry and mechanical behavior of the bracket, focusing on modifications to increase rigidity and reduce failures. Practical tests and simulations of operating conditions complemented the analysis. The "New Nylon Support" presented significant improvements over the "Nylon old" and the metal support. Rigidity has increased, as evidenced by the 31.36% reduction in displacement in the Z axis. Additionally, there has been a weight saving, with the "Nylon New" weighing 3.2 grams per unit versus 4.13 grams for the metal bracket, translating into a reduction of 930 grams considering the quantity of 1000 supports per aircraft. Replacing the metal support with "Nylon New" proved to be not only viable, but also advantageous. "Nylon New" offers an improvement in mechanical performance, with a significant increase in rigidity and a reduction in cost and weight, contributing to the aircraft's operational efficiency and providing a substantial cost cut.