Análise estrutural de uma asa de um veículo aéreo não tripulado de asa fixa

Abstract

Este projeto tem como objetivo a análise estrutural comparativa de duas configurações de asa para um veículo aéreo não tripulado (VANT) de asa fixa: a estrutura do tipo semi-monocoque, em liga de alumínio, e a estrutura tipo sandwich, composta por um núcleo de poliestireno expandido (EPS) e revestimento em compósito GreenPoxy 56 reforçado com fibra de vidro. Através do Método dos Elementos Finitos (MEF), foram realizadas simulações computacionais com o software MSC Patran/Nastran, sujeitando ambas as geometrias às mesmas condições de carregamento, de forma a avaliar parâmetros como tensões equivalentes de von mises e deslocamentos máximos. Os resultados indicam que, embora a configuração semi-monocoque apresente ligeiramente menor massa, revela níveis mais elevados de tensão e deslocamentos superiores, mesmo após reforço das longarinas. Por outro lado, a estrutura tipo sandwich demonstrou um comportamento mais eficiente em termos estruturais, com menor concentração de tensões e maior rigidez, representando uma alternativa viável para aplicações em VANTs com requisitos de leveza e segurança estrutural.Este estudo destaca a importância da escolha adequada da configuração estrutural e dos materiais, contribuindo para o desenvolvimento de soluções mais otimizadas. Apesar das limitações da simulação, nomeadamente a simplificação do carregamento aerodinâmico, os resultados obtidos constituem uma base sólida para estudos futuros, incluindo a integração com análise aerodinâmica (CFD) e validação experimental. Abstract: This project aims to carry out a structural comparative analysis of two wing configurations for a fixed-wing unmanned aerial vehicle (UAV): a semi-monocoque structure made of aluminum alloy, and a sandwich structure composed of an expanded polystyrene (EPS) core and a GreenPoxy 56 composite skin reinforced with fiberglass. Using the Finite Element Method (FEM), computational simulations were performed in MSC Patran/Nastran, applying the same loading conditions to both geometries in order to evaluate parameters such as von Mises equivalent stresses and maximum displacements. The results indicate that, although the semi-monocoque configuration has slightly lower mass, it exhibits higher stress levels and greater displacements, even after reinforcement of the spars. In contrast, the sandwich configuration demonstrated more efficient structural behavior, with lower stress concentrations and greater stiffness, making it a viable alternative for UAV applications requiring lightness and structural reliability. This study highlights the importance of selecting an appropriate structural configuration and materials, contributing to the development of more optimized solutions. Despite the limitations of the simulation, particularly the simplified aerodynamic loading, the results provide a solid foundation for future research, including aerodynamic analysis integration (CFD) and experimental validation.