Aerodynamic analysis of airfoils using XFLR5: An educational approach for aerodesign competitions

Authors

DOI:

https://doi.org/10.47456/bjpe.v11i1.46509

Keywords:

AeroDesign, Aerodynamics, XFLR5

Abstract

Optimizing aerodynamic performance is essential for competitions such as SAE AeroDesign, and the XFLR5 software is therefore an ideal low-cost and versatile tool for this purpose. This study aims to demonstrate in a practical way the possibilities of studying and analyzing aerodynamic airfoils using XLFR5, aimed primarily at students and aeronautical engineering enthusiasts. Firstly, the functions present in XFLR5 were explained in detail, with procedures for importing, analyzing and understanding the results. Next, the flight parameters were defined, such as the Reynolds number and Mach number, as well as the choice of the aerodynamic profiles analyzed: CH10SM and S1210. The characteristics of these profiles were studied using lift, drag, momentum and efficiency graphs in XFLR5. The results indicated that the CH10SM profile has greater efficiency and lower drag, while the S1210 profile has greater longitudinal stability. In conclusion, XFLR5 has proved to be a very useful and efficient tool for learning aerodynamic concepts, and is highly relevant to model airplane projects in educational competitions such as SAE Brasil AeroDesign.

Downloads

Author Biographies

Guilherme Henrique Moura Guimarães, Universidade Federal de Goiás

Acadêmico de Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Goiás (UFG), com sólida atuação em projetos de pesquisa e extensão voltados para a área aeronáutica. Foi bolsista no Programa de Iniciação Tecnológica (IT), onde trabalhou no desenvolvimento de asas para aeronaves de pequeno porte, aplicando simulações numéricas e softwares de livre acesso para análise de escoamentos de fluidos e fabricação de componentes aerodinâmicos. Atualmente, é bolsista de Iniciação Científica (IC), dedicando-se à otimização de asas para aeronaves cargueiras. No projeto de extensão "Aerodactyl UFG Aerodesign", exerce a função de coordenador da área de aerodinâmica, liderando a equipe em estudos de desempenho aerodinâmico e modelagem computacional. Seus interesses acadêmicos abrangem tanto a indústria aeronáutica quanto a automobilística, com foco em soluções tecnológicas inovadoras e eficientes. Sua experiência reflete um forte compromisso com o avanço científico e o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis.

Arthur Inácio Santos Silveira, Universidade Federal de Goiás

Mechanical Engineering student at the Federal University of Goiás (UFG), currently pursuing a bachelor's degree. Completed high school at the Colégio da Polícia Militar Unidade Carlos Cunha Filho, where he was recognized as a "Distinguished Student" throughout both Primary and Secondary education. During his academic career, he conducted scientific research in Computational Fluid Dynamics, focusing on the design of horizontal stabilizers for small aircraft. Currently, he serves as co-captain of the "Aerodactyl UFG AeroDesign" extension project and is part of the Control and Stability team, where he has enhanced his knowledge in aerospace engineering, particularly in the area of static stability of aircraft. His academic interests include aerospace and aeronautical engineering, with an emphasis on control, stability, and optimization of aircraft.

Felipe Pamplona Mariano, Universidade Federal de Goiás

has graduation at Engenharia Mecânica by Universidade Federal de Uberlândia (2005) , master's at Engenharia Mecânica by Universidade Federal de Uberlândia (2007) and Ph.D. at Engenharia Mecânica by Universidade Federal de Uberlândia (2011) . Currently is of Universidade Federal de Goiás, Revisor de periódico of Revista Brasileira de Ciência, Tecnologia e Inovação, Revisor de periódico of Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Revisor de periódico of Revista Internacional de Ciências, Revisor de periódico of Revista Engenharia Sanitária e Ambiental e Revisor de periódico of Journal of Aerospace Technology and Management. Has experience in the area of Mechanical Engineering. Focused, mainly, in the subjects: CFD, Métodos de Alta Ordem, Método da fronteira imersa, Método pseudo-espectral de Fourier.

References

Airfoil tools. (2012). Airfoil Database Search. Recuperado de http://www.airfoiltools.com/

Anderson, J. D. Jr. (2015). Fundamentos de engenharia aeronáutica. 7a ed. Porto Alegre: AMGH.

Alves, K. A. F. & Ferro, L. M. C. (2024). Comparativo entre as características aerodinâmicas da asa e da empenagem horizontal em aeronave da competição aerodesign SAE – Brasil. I Seven International Engineering Congress, Itupeva, SP, Brasil, 16p.

Barbosa, P. G. N. M., Ramirez, B. N., & da Costa, A. F. (2023). Projetando um novo perfil aerodinâmico para a competição sae brasil aerodesign. Revista Foco Interdisciplinary Studies, 16(4), 2-6, https://doi.org/10.54751/revistafoco.v16n4-041 DOI: https://doi.org/10.54751/revistafoco.v16n4-041

Caldas, M. P. C. (2019). Estudo da melhoria de performance aerodinâmica de um perfil aplicado a veículos aéreos não tripulados (Trabalho de Conclusão de Curso). Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Cambridge Dictionary (2024). Aerodynamics: definition. Recuperado de https://dictionary.cambridge.org/dictionary/english/aerodynamics

Costamilan, E. (2018). Projeto e análise estrutural de uma longarina para aeronave aerodesign fabricada com técnica de enrolamento filamentar (Monografia). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.

Couto, M. de L. (2020). Estudo comparativo entre o método vórtex lattice e análise CFD para a obtenção de carregamentos aerodinâmicos (Trabalho de Conclusão de Curso). Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, MG, Brasil.

Dantas, A. F. de M. (2014). Análise aerodinâmica de perfis de asa para veículos aéreos não tripulados usando o software XFLR5 (Monografia). Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Angicos, RN, Brasil.

Deperrois, A. (2009). Analysis of foils and wings operating at low Reynolds numbers: guidelines for XFLR5. Recuperado de https://www.xflr5.tech/xflr5.htm

Drela, M. (2001). XFOIL: An analysis and design system for low reynolds number airfoils. Springer, 54(1), 1-12. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-84010-4_1 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-84010-4_1

Embraer. (2023, outubro 24). Embraer celebra os 25 anos da competição aerodesign. Recuperado de https://embraer.com/br/pt/noticias?slug=1207293-embraer-celebra-os-25-anos-da-competicao-aerodesign

Guimarães, G. H. M., Silveira, A. I. S., & Mariano, F. P. (2024). Metodologia para seleção e otimização aerodinâmica de asas trapezoidais para aeronaves de pequeno porte. Anais do Congresso Internacional de Engenharia Mecânica e Industrial, Manaus, AM, Brasil, 14p. DOI: https://doi.org/10.29327/conemi24.889290

Halla II, R. (2018). Análise da estabilidade estática e longitudinal dinâmica de uma aeronave usada na competição sae-aerodesign (Trabalho de Conclusão de Curso). Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Mossoró, RN, Brasil.

Junior, J. G. O. (2017). Estudo numérico do comportamento aerodinâmico da asa do projeto 2016 da equipe pegazuls aerodesign utilizando método dos volumes finitos, método vortex lattice e linha sustentadora de prandtl (Trabalho de Conclusão de Curso). Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, Mossoró, RN, Brasil.

Kurcewicz, F. C. (2017). Otimização de perfil aerodinâmico para aeronaves de competição sae aerodesign por algoritmo evolutivo (Monografia). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil.

Merizio, A. D. & Clement, L. (2022). Determinação da velocidade do som em aulas de física sob uma perspectiva investigativa e com uso de tablets. Revista Insignare Scientia - RIS, 5(1), 1-24. https://periodicos.uffs.edu.br/index.php/RIS/article/view/12477 DOI: https://doi.org/10.36661/2595-4520.2022v5n1.12477

Moura, A. G. da S. (2017). Análise aerodinâmica do perfil naca 64a410, com emprego de diferentes métodos numéricos (Trabalho de Conclusão de Curso). Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Mossoró, RN, Brasil.

Nelson, B. & Kouh, J. S. (2017). The aerodynamic analysis of a rotating wind turbine by viscous-coupled 3d panel method. Applied Sciences, 7(6), 1-15. https://doi.org/10.3390/app7060551 DOI: https://doi.org/10.3390/app7060551

Neto, F.P. & Becker, G. (2011). Projeto de perfis: simples e multi-elemento. Recuperado de https://www.slideserve.com/Pat_Xavi/francisco-palazzo-neto-fpalazzonyahoo-br-gilberto-becker-gilbertobeckeryahoo-br

Pequeno, A. (2019, dezembro 27). Perfil. Site Engenharia Aeronáutica. Recuperado de https://engenhariaaeronautica.com.br/artigos-engenharia-aeronautica/perfil/

Pereira, L. H. G. (2005). Análise do desempenho do método dos painéis de ordem superior para o cálculo do escoamento em torno de um aerofólio (Dissertação do Programa de Pós-Graduação). Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Rodrigues, L. E. M. J. (2014). Fundamentos da engenharia aeronáutica com aplicações ao projeto SAE-AeroDesign: aerodinâmica e desempenho. 1a ed. Salto/SP: Edição do Autor.

Rodrigues, M. R. & de Azevedo, A. G. L. (2018). Estudo computacional em prol do desenvolvimento de um novo perfil aerodinâmico para uma aeronave rádio controlada destinada a competição Sae Brasil Aerodesign. Anais do Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial, Brasília, DF, Brasil, 17p.

Rosa, E. (2006). Introdução ao Projeto Aeronáutico: Uma contribuição à competição Sae Aerodesig. 1a ed. Florianópolis: Universidade Federal de Santa.

SAE Brasil. (2024, fevereiro 4). 26ª Competição SAE Brasil Aerodesign 2024: classes regular, advanced e micro regulamento da competição. Recuperado de https://saebrasil.org.br/programas-estudantis/aero-design-sae-brasil/regras-e-relatorios/

Santiago, V. S. (2008). Modelagem numérica do escoamento ao redor de corpos aerodinâmicos utilizando o método de vórtices (Tese de doutorado). Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Santos, J. S. P., Dias, J. P. A., & Satiro, A. R. G. (2020). Análise de aerofólios de alta sustentação para aplicação em aeronave cargueira não tripulada da equipe araero aerodesign. Brazilian Journal of Development, 6(10), 3-5, https://doi.org/10.34117/bjdv6n10-331 DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv6n10-331

The engineering toolbox. (2001). Air - Dynamic and Kinematic Viscosity. Recuperado de https://www.engineeringtoolbox.com

Vargas, L. A. T. de. (2006). Desenvolvimento e implementação de um procedimento numérico para cálculo de conjuntos asa-empenagens de geometria complexa em regime de vôo subsônico, assimétrico e não linear (Dissertação do Programa de Pós-Graduação). Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil. Recuperado de http://hdl.handle.net/1843/SBPS-7B5MQT

Vieira, J. P. L. (2022). Desenvolvimento de metodologias numéricas para análise investigativa do escoamento em parapentes (Monografia). Universidade de Brasília, Brasília, DF, Brasil.

Visconti, J. P. P. G. (2016). Estudo inicial de um veículo aéreo não tripulado do tipo tilt-rotor (Trabalho de Conclusão de Curso). Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, MG, Brasil.

White, F.M. (2011). Mecânica dos fluidos. 6a ed. Porto Alegre: McGraw-Hill.

Downloads

Published

2025-02-06

How to Cite

Guimarães, G. H. M., Silveira, A. I. S., & Mariano, F. P. (2025). Aerodynamic analysis of airfoils using XFLR5: An educational approach for aerodesign competitions. Brazilian Journal of Production Engineering, 11(1), 112–131. https://doi.org/10.47456/bjpe.v11i1.46509

Issue

Vol. 11 No. 1 (2025): Regular Issue (January - March)

Section

ENGINEERING EDUCATION

License

Copyright (c) 2025 Guilherme Henrique Moura Guimarães, Arthur Inácio Santos Silveira, Felipe Pamplona Mariano (Autor)

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Atribuição 4.0 internacional CC BY 4.0 Deed