propulsÃo elÉtrica para aviaÇÃo geral - mautone · 2016. 9. 8. · propulsÃo elÉtrica para...
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PROPULSÃO ELÉTRICA PARA
AVIAÇÃO GERAL
Prof. José Eduardo Mautone Barros
UFMG / Te.Co.S. Mestre em Propulsão e Energia (ITA) em 1993
Doutor em Motores e Energia (UFMG) em 2003
Prof. de Propulsão no Curso de Engenharia Aeroespacial da UFMG
INPE, CTA/IAE, AVIBRAS, ENGEMISSIL, ORBITA, MECTRON
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O PORQUE DA PROPULSÃO ELÉTRICA!
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HISTÓRICO
Os Irmãos Tissandier
construiram o primeiro
dirigível com propulsão elétrica
em 8 de outubro de 1883.
Usaram um motor elétrico
SIEMENS 3
HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
Fred MILITKY
MB-E1 (1972)
Primeiro avião
tripulado a voar
somente com motor
elétrico
Motor: Bosch KM77
Potência: 10 kW
Bateria: Ni-Cd
Tempo de Voo: 12 min
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
SUNSEEKER (1990)
Primeiro avião
movido a energia
solar a cruzar os EUA
Potência: 25 kW
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
LANGE ANTARES GLIDER (2003)
Primeira aeronave movida a motor elétrico, homologada pelos órgãos reguladores
Motor de corrente contínua (CC), sem escovas
Dois pacotes de baterias fixados nas asas, divididos em72 células
Motor: Lange EM42
Potência: 42 kW
Bateria: Íons de lítio
Tempo de Voo: 13 min.
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
BOEING FCD
PROJECT (2008)
Motor elétrico
adaptado a aeronave
Diamond HK-36
Energia proveniente
tanto das baterias
quanto de células de
combustível
Potência: 45 kW
Bateria: Íons de lítio
Tempo de Voo: 20 min.
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
E-SPIDER (2009)
Bateria: Dois
pacotes de Lítio-
Polímero de 13 kg
cada
Motor: Yuneec
Power Drive
(China)
Potência: 20 kW
Tempo de voo:
40 min.
Preço US$25,000
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
E-SPIDER (2009)
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
AIRBUS E-FAN (2014)
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
AIRBUS E-FAN (2014)
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
SOLAR IMPULSE
(2015)
Aeronave movida a
energia solar que
pretende dar a volta ao
mundo, recarregando
suas baterias pelos
painéis solares
Peso das baterias: 633 kg
Potência: 52 kW
Bateria: Íons de lítio
Tempo de Voo: 117 horas
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
SORA-e (2015)
Aeronave SORA
projetada na UFMG
Primeiro avião elétrico do
hemisfério sul
Peso das baterias: 120kg
(mesmo peso do motor
Lycoming utilizado
originalmente)
Motor: 2x Enrax 208
Potência: 70 kW
Bateria: Íons de lítio
Tempo de Voo: 45 min.
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
SORA-e (2015)
Dois
motores CC
brushless
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
SORA-e (2015)
Baterias Lítio-ion
prismáticas
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HISTÓRICO
(AVIAÇÃO GERAL)
LEAPTECH NASA (2015)
Leading Edge Asynchronous Propeller Technology
Visa o estudo de maior eficiência aerodinâmica
Propulsão elétrica distribuída (DEP)
Usa 20 motores elétricos acoplados a asa
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MOTORES ELÉTRICOS
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Brushless motor
Tipo corrente contínua (CC )
sem escovas
Rotor de imãs permanentes
Outrunner
MOTORES ELÉTRICOS
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o Exige controle de carga e
rotação por microcontrolador
o Exige resfriamento a água
o Componentes:
MOTOR ELÉTRICO
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Motor Siemens (2015)
Tipo: motor elétrico DC sem escovas (brushless)
Resfriado a óleo de silicone
Potência: 260 kW
BATERIAS
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A tecnologia atual de baterias é a de Lítio-ion e semelhantes
As células de baterias são agrupamentos de unidades de pilhas de formatos:
Prismático
Cilíndrico
BATERIAS – DENSIDADE DE ENERGIA
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BATERIAS - EVOLUÇÃO
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BATERIAS – EVOLUÇÃO
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BATERIAS - AVANÇADO
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Uso de baterias pintadas por spray na superfície da aeronave, no lugar do recobrimento de acabamento (gel coat)
Leva a redução de peso total das baterias
BATERIAS
SEGURANÇA
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Incêndio e Explosão
BATERIAS - SEGURANÇA
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Uso de sistema de armazenagem de emergência
Baterias térmicas (militares)
Supercapacitores
CÉLULA SOLAR
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Recarga em voo e em solo
Uso de células solares
orgânicas no acabamento
externo da aeronave
RECUPERAÇÃO DE ENERGIA
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Aplicar o mesmo princípio para o avião elétrico
Estimativa de 5% de recuperação da energia potencial
RECUPERAÇÃO DE ENERGIA
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A recuperação de energia na descida é usada para
acionar geradores de emergência (RAM generators)
em vários jatos da EMBRAER (executivos e
regionais).
HÉLICES
Passo fixo
Passo variável
Integração do motor ao cubo da hélice (hub motor)
Hélices contra-rotativas
Dois motores
Redundância
Maior eficiência
Fan contra-rotativo
Reduz ruído
Melhor integração com a aerodinâmica da aeronave
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SISTEMA PROPULSIVO
Controle de Velocidade
Constante
Exige hélice de passo
variável
Controle de Razão de
Avanço Constante
Motor de torque ajustável
independente da rotação
Usa hélice de passo fixo
Redução de até 20% no
consumo de energia na
decolagem, manobras e
pouso 31
PERSPECTIVAS BRASIL
Grande potencial de crescimento na categoria de
aeronaves ultraleves e aeronaves experimentais
(5.158 unidades registradas até 2016)
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REFERÊNCIAS
http:// www.mautone.eng.br
https://en.wikipedia.org/wiki/Flightstar
http://www.wired.com/2010/10/wired-flys-e-spyder-electric-plane/
http://engenhariae.com.br/tecnologia/siemens-desenvolve-motor-eletrico-para-aeronaves-e-bate-recorde-mundial
http://news.rice.edu/2012/06/28/rice-researchers-develop-paintable-battery-2/
www.anac.gov.br
HEPPERLE, M., Electric Flight –Potential and Limitations. Braunschweig: DLR, 2011. 30p.
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OBRIGADO Prof. José Eduardo Mautone Barros
(55 31) 98805-0114
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