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Novos materiais e tecnologias para dar resposta à procura por maior conforto e segurança nos aviões

05 agosto 2020

Artigo de Susana Sousa, investigadora do INEGI na área dos materiais e estruturas compósitas.



O uso de materiais compósitos na indústria aeronáutica é comumente associado a uma propriedade de grande importância para o setor: o baixo peso, que conduz à redução do consumo de combustível

No entanto, o conforto durante os voos tem também vindo a tornar-se uma prioridade para os fabricantes de aeronaves e operadores de companhias aéreas, nomeadamente ao nível do ruído e vibração. Problemas que afetam o bem-estar, a satisfação dos passageiros, e o desempenho da tripulação, mas que podem ser mitigados com a introdução de novos materiais e tecnologias.

As oportunidades que surgem com estes avanços tecnológicos estendem-se também à resistência ao impacto. A colisão de objetos estranhos no ar é mais comum do que se possa pensar, e a sua antecipação na fase de projeto das aeronaves é essencial para evitar futuras situações de perigo.

Neste contexto, observa-se uma maior procura pela integração de materiais compósitos no interior e exterior das aeronaves. Mais leves e resistentes que os materiais ditos tradicionais, contam também com outras vantagens, como a durabilidade, baixa inflamabilidade, e estética atrativa.

Isolamento acústico afeta não só conforto, mas também saúde

Numa típica viagem de avião, o ruído pode variar entre os 85 e os 105 decibéis. Existem várias fontes de ruído nas aeronaves, mas naquelas com turboélice, a principal fonte é a passagem da lâmina, que produz vibrações em torno dos 100 Hz que são propagadas pelo ar e pela estrutura até atingir os ocupantes no seu interior.

Este tipo de exposição ao ruído, repetida e por longos períodos de tempo, pode causar danos permanentes à audição, pelo que a redução do nível de ruído é crucial para a saúde e conforto dos passageiros, tripulação, e para garantir o sucesso comercial das empresas.

Porém, apesar da adição de estofo e materiais de isolamento tornar os aviões mais silenciosos, torna-os também mais pesados e, portanto, menos económicos em termos de combustível. Os compósitos serão, segundo vários estudos, o trunfo para contornar o problema, e são várias as soluções em desenvolvimento para reduzir o ruído interno, mostrando também resultados promissores em relação ao impacto.

Impactos são frequentes e podem resultar em sérios danos estruturais

Componentes que requerem boa resistência ao impacto têm de facto beneficiado da integração de materiais compósitos poliméricos. E o estudo de impactos de média e alta energia em compósitos laminados na indústria aeroespacial é um campo de grande preocupação e um tópico de investigação muito ativo.

No ar, as aeronaves estão sujeitas a vários tipos de projéteis, como pássaros e granizo por exemplo. A massa, velocidade de impacto, densidade e forma do projétil têm grande influência na extensão do dano resultante. 

Neste sentido, o uso de soluções compósitas, como estruturas sanduíche avançadas, com ladrilhos de cerâmica (sistema de blindagem para o impacto da lâmina), laminados ultrafinos e híbridos (incluindo diferentes tipos de matriz, fibras ou espessuras de lâmina para produzir um comportamento pseudo-dúctil) e núcleos multifuncionais (por exemplo, propriedades térmicas e de impacto), têm sido uma aposta para obter uma maior resistência.

Aramida, carbono, polietileno de elevado peso molecular e fibra de vidro são os materiais que demonstram mais potencial para aplicações de resistência ao impacto, sendo por vezes combinados com cerâmica para obter maior resistência a impactos de elevada densidade energética.

Sistema de I&D está atento às necessidades do setor

Para responder a esta necessidade, também o INEGI tem vindo a contribuir para desenvolvimento de soluções avançadas para redução de ruído, nomeadamente em interiores de cockpit, e desenvolvimento de materiais compósitos avançados a serem incluídos na fuselagem principal do cockpit ou em elementos complementares, capazes de suportar forças de impacto.

Este trabalho insere-se no âmbito da participação do Instituto no projeto PASSARO (caPAbilities for innovative Structural and functional teSting of AeROstructures), iniciativa que visa demonstrar a aplicabilidade de um conjunto de tecnologias inovadoras para aeroestruturas através de protótipos representativos.

O conhecimento disponível sobre estes materiais e o seu comportamento em contexto real está em expansão, pelo que continua em curso, no âmbito deste e outros projetos, a investigação para preencher as lacunas ainda existentes. 

Com a introdução de novos materiais, torna-se importante encontrar a melhor combinação de material/tecnologia para atingir os objetivos relativamente à capacidade de resistência ao impacto e isolamento acústico, mas também que atender aos requisitos da Agência Europeia para a Segurança da Aviação (EASA) e da americana Administração Federal de Aviação (FAA). 


Referência:

Sousa, Susana P. B.; Rocha, Ricardo; Gonçalves, Paulo; Sadek, Seif; Pina, Luís (2020). A Brief Reflection on Interior Noise Attenuation and Impact Protection Technologies for Aircrafts. In International symposium on occupational safety and hygiene: proceedings book of the SHO2020