Caracterização estrutural das longarinas frontais da asa de um Cessna 172 Skyhawk

Abstract

A crescente demanda por eficiência e segurança na aviação geral exige análises rigorosas dos componentes estruturais das asas. Este trabalho apresenta um método analítico para a caracterização da longarina frontal da semi-envergadura da asa do Cessna 172 Skyhawk. A distribuição de carga foi estimada utilizando a aproximação de Schrenk, integrando os efeitos da sustentação aerodinâmica, do peso estrutural e do combustível, com consideração da reação pontual do strut. A seção transversal foi modelada como viga em I com dimensões baseadas em critérios de projetos de Chandar et al (2020) e material em alumínio 2024-T3. A partir dos diagramas de força cortante e momento fletor, calcularam-se as tensões de flexão e cisalhamento, bem como seus respectivos fatores de segurança. A análise identifica o cisalhamento como o modo de falha mais restrito e evidencia a influência crítica da geometria da alma e da posição do strut na distribuição de esforços.

The growing demand for efficiency and safety in general aviation requires rigorous analysis of wing structural components. This paper presents an analytical method for characterizing the front spar of the Cessna 172 Skyhawk wing. The load distribution was estimated using the Schrenk approximation, integrating the effects of aerodynamic lift, structural weight and fuel, taking into account the point reaction of the strut. The cross-section was modeled as an I-beam with dimensions based on design criteria from Chandar et al (2020) and 2024-T3 aluminum material. From the shear force and bending moment diagrams, the bending and shear stresses were calculated, as well as their respective safety factors. The analysis identifies shear as the most restricted failure mode and highlights the critical influence of the web geometry and strut position on the distribution of stresses.