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ORCID:  http://orcid.org/0009-0005-3640-1804
Tipo de documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Predição de Desempenho Termodinâmico em Projeto Conceitual de Motores Aeronáuticos (Off-Design) com Inteligência Artificial
Título (s) alternativo (s): Thermodynamic Performance Prediction in Conceptual Design of Aircraft Engines (Off-Design) Using Artificial Intelligence
Autor: Croxela, Patricia Lourenço
Primer orientador: Andrade, João Rodrigo
Primer miembro de la banca: Silva, Leonardo Rosa Ribeiro da
Segundo miembro de la banca: Susa, Daniel Andrey Herrera
Resumen: A corrida tecnológica por competitividade, soluções eficientes, econômicas e ambientais têm sido expressamente transformadas pela implementação da inteligência artificial (IA). No setor aeroespacial, o assunto é amplamente discutido em pesquisas acadêmicas e industriais, plane jamento, ética, cibersegurança, aeronavegabilidade e certificação. Nesse contexto, identifica-se na IA uma oportunidade para explorar sua utilidade em projetos em fase conceitual, especifica mente, motores turbofans. O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um metamodelo de inteligência artificial, capaz de predizer o desempenho termodinâmico de motores turbofans em condições off-design, considerando variáveis críticas como empuxo, consumo específico de combustível, eficiências, emissões de óxidos de nitrogênio (NOx), temperatura de entrada da turbina, entre outras. A metodologia envolveu três etapas: projeto termodinâmico on-design, inspirado no motor GE90 e tendências históricas de sucesso; seguido de simulações off-design no software GasTurb 15 (76 cenários); por fim, desenvolveu-se um metamodelo de predição utilizando o algoritmo Gradient Boosting Regressor em Python, utilizando de Mach, altitude e fase de voo como variáveis de entrada. Os resultados mostraram alta acurácia preditiva, supe rando o Random Forest e apresentando boa generalização, embora com limitações em algumas fases de voo, indicando a necessidade de expansão do banco de dados. Conclui-se que a abor dagem se mostrou promissora como suporte à decisão na propulsão aeronáutica, especialmente nos quesitos de ampliação de análises em fase conceitual concomitante à redução de tempo de projeto, com perspectiva de aplicações futuras em outros cenários de projeto conceitual, certi ficação e sustentabilidade.
Abstract: The technological race for competitiveness and efficient, economic, and environmental soluti ons has been expressly transformed by the implementation of artificial intelligence (AI). In the aerospace sector, the topic is widely discussed in academic and industrial research, planning, ethics, cybersecurity, airworthiness, and certification. In this context, AI is identified as an op portunity to explore its usefulness in conceptual phase projects, specifically in turbofan engines. The general objective of this work is to develop an artificial intelligence meta-model capable of predicting the thermodynamic performance of turbofan engines under off-design conditions, considering critical variables such as thrust, specific fuel consumption, efficiencies, nitrogen oxides (NOx) emissions, turbine inlet temperature, among others. The methodology involved three stages: a thermodynamic on-design project inspired by the GE90 engine and historical success trends; followed by off-design simulations in GasTurb 15 (76 scenarios); and finally, the development of a prediction meta-model using the Gradient Boosting Regressor algorithm in Python, with Mach, altitude, and flight phase as input variables. The results showed high predictive accuracy, surpassing Random Forest and demonstrating good generalization, al though with limitations in some flight phases, indicating the need to expand the database. It is concluded that the approach proved promising as decision support in aerospace propulsion, especially regarding the expansion of analyses in the conceptual phase concomitant with design time reduction, with prospects for future applications in other conceptual design scenarios, cer tification, and sustainability.
Palabras clave: Propulsão aeronáutica
Desempenho termodinâmico
Inteligência artificial
Turbofan
Projeto conceitual
Metamodelo
Aerospace propulsion
Thermodynamic performance
Artificial intelligence
Turbo fan
Conceptual design
Meta-model
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Cita: CROXELA, Patricia Lourenço. Predição de Desempenho Termodinâmico em Projeto Conceitual de Motores Aeronáuticos (Off-Design) com Inteligência Artificial. 2025. 93 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Aeronáutica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47330
Fecha de defensa: 29-sep-2025
Aparece en las colecciones:TCC - Engenharia Aeronáutica

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