Development of flight test instrumentation for inflatable wings and aerodynamic characterization through local pressure differential analysis

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de instrumentação para medição “in-situ” do diferencial de pressão interno-externo nas superfícies superior e inferior de asas dinamicamente infláveis. O sistema é composto por sensores de pressão diferencial, pesando cerca de sete gramas cada, alinhados em série compondo uma fita de medição que transmite dados em tempo real por meio de um protocolo de comunicação sem fio. Os testes em túnel de vento demonstraram a capacidade de leitura de baixos diferenciais de pressão na faixa de 1,0 a 120 Pa em um aerofólio do tipo ASCENDER. Os testes cobriram condições de voo representativas da operação dos principais sistemas de asas dinamicamente infláveis, com velocidades variando de 3 a 10 m / s e ângulos de ataque entre -20 e +25 graus. Foram obtidas leituras estáveis com coeficiente de variação entre 2% e 7% no envelope operacional de voo. Os dados permitiram confirmar a existência de um limiar de inflagem e uma mudança abrupta no perfil de distribuição de pressão quando a incidência mínima é atingida. As singularidades aerodinâmicas observadas confirmaram a ocorrência de uma bolha de recirculação no bordo de ataque resultando uma queda expressiva na sustentação e aumento no arrasto. A aproximação do estol apresentou características aerodinâmicas semelhantes às asas rígidas e pode ser didaticamente evidenciada pelos dados de ensaio. Um modelo teórico para a distribuição do coeficiente de pressão externo ao longo de aerofólios abertos foi proposto com base em estimativas da estrutura do fluxo de ar confinado. A curva de sustentação derivada do modelamento se mostrou compatível com dados anteriores e com dados do perfil rígido de referência. A estabilidade de forma do aerofólio e os distúrbios de camada limite devido à fixação de componentes também foram avaliados, antecipando a adequação da instrumentação para aplicações em voo. Em geral, pode-se afirmar que a instrumentação pode ser aplicada imediatamente às asas infláveis, para uso como ferramenta de ensaio em voo e como sistemas de segurança que vão desde alertas de pré-colapso até sistemas complexos de aumento de estabilidade.