Como as aves vão inspirar os aviões do futuro

Grupo tem buscado alternativas para o desenvolvimento de aeronaves mais eficientes a partir do estudo de quem voa há mais tempo no mundo: as aves

Em 2015, 3,5 bilhões de passageiros usaram aviões como meio de transporte, segundo a International Air Transport Association (IATA).

O número deverá dobrar até 2034, quando o Brasil, que é um dos países em que o setor tem crescido mais rapidamente, deverá superar os 200 milhões de passageiros por ano.

“O setor aéreo tem um impacto enorme na economia mundial e não há nada melhor para o transporte rápido em distâncias longas do que aviões, que oferecem um tipo de operação confiável e segura”, disse Carlos Cesnik, professor de Engenharia Aeroespacial e diretor do Active Aeroelasticity and Structures Research Laboratory da University of Michigan (UM).

Mas, da mesma forma que crescerá, o setor passará por muitas transformações nos próximos anos, de acordo com Cesnik e os demais palestrantes de um painel em que foram apresentadas alternativas tecnológicas para o futuro da aviação na Fapesp Week Michigan-Ohio, que ocorre até 1º de abril nos Estados Unidos.

O grupo do professor Daniel Inman no Departamento de Engenharia Aeroespacial da UM tem buscado alternativas para o desenvolvimento de aeronaves mais eficientes a partir do estudo de quem voa há mais tempo no mundo: as aves.

Segundo Inman, a ideia de modificar asas de aeronaves é muito antiga. Os próprios irmãos Wright usaram asas que mudavam de forma à medida que eram puxadas por cabos. “Eles queriam aprender a voar e nada melhor do que se basear em aves”, disse.

Entretanto, por motivos de segurança – diminuir a turbulência, por exemplo –, as superfícies rígidas dominaram a aviação desde a popularização do setor até os dias de hoje. E foi somente nos últimos anos que retornou o interesse pelo estudo de configurações com asas que mudam de forma durante o voo.

“Em nossa pesquisa, não queremos copiar o modo como as aves batem as asas, mas sim analisar características na fisiologia desses animais que possam inspirar soluções tecnológicas, particularmente em aplicações com materiais inteligentes”, disse Inman.

O grupo de Inman, do qual fazem parte engenheiros e especialistas em biologia animal – da UM, Stanford e University of California Los Angeles –, teve este mês aprovado um auxílio à pesquisa de US$ 6 milhões do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos Estados Unidos para produzir a análise mais detalhada do voo de aves já feita em um projeto de engenharia aeronáutica.

“Estudaremos os mais variados tipos de aves, com diferentes tamanhos, formas e velocidades”, disse.

Enquanto os aviões atuais têm asas rígidas e usam partes conhecidas como flaps, slats e spoilers para o controle, as aves utilizam as penas – isoladamente ou em conjunto – para criar superfícies que controlam o voo.

E, detalhe importante: fazem isso sem desperdício de energia. Esse é o principal objetivo da pesquisa de Inman: levar a eficiência do voo de aves para o setor aéreo.

Novas formas, novos materiais No Brasil, o grupo de Edson Cocchieri Botelho, professor na Faculdade de Engenharia da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Guaratinguetá, tem estudado o uso de materiais plásticos altamente resistentes ao calor no setor aeronáutico.

Conhecidos como materiais compósitos, por terem pelo menos dois componentes ou duas fases, esses materiais têm propriedades físicas e químicas distintas.

São materiais poliméricos que se destacam por uma combinação favorável de baixa massa específica e elevado desempenho mecânico.

“A grande maioria dos compósitos poliméricos avançados utilizados atualmente é obtida a partir da impregnação do reforço com resinas termorrígidas que, entretanto, apresentam problemas de tensão em virtude do processamento e da natureza quebradiça da resina”, disse Botelho.

“Os polímeros termoplásticos reforçados com fibras contínuas vêm se apresentando como importantes substitutos, quando comparados aos polímeros termorrígidos convencionais, pois apresentam maiores valores de rigidez e resistência ao impacto, temperatura de serviço mais elevada e grande versatilidade na produção em série”, disse.

Em uma pesquisa apoiada pela Fapesp, Botelho e equipe processaram compósitos termoplásticos envolvendo diferentes graus de cristalinidade e avaliaram a influência dessa cristalinidade no desempenho mecânico e térmico, envolvendo diferentes condições ambientais.

O projeto foi realizado em conjunto com o Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), com o Composites Institute de Kaiserslautern e com o Leibniz Institute of Polymer Research Dresden, ambos na Alemanha.

“Temos estudado materiais compósitos tanto estruturais quanto reforçados com nanotubos de carbono, em pesquisas conjuntas com grupos nas universidades da Califórnia, Purdue, Case-Western e Washington, nos Estados Unidos”, disse à Agência Fapesp.

Em São José dos Campos, como não poderia deixar de ser, está boa parte dos esforços brasileiros para o desenvolvimento de novas tecnologias voltadas ao setor aeronáutico.

Um exemplo foi apresentado na Fapesp Week por João Luiz Filgueiras de Azevedo, coordenador de um grupo no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) que trabalha principalmente com fluidodinâmica computacional.

Os pesquisadores fazem simulações em computador para analisar fatores como velocidade, turbulência, pressão, temperaturas e diversos outros com importantes efeitos em aeronaves.

As principais áreas de pesquisa estão no desenvolvimento de sistemas computacionais e de modelagem e estudos de fatores como turbulência, aeroacústica, elasticidade, interação de estruturas fluidas, fluxos hipersônicos e otimização aerodinâmica.

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