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Em outubro de 2025, a ATS4i apresentou o plano de desenvolvimento do iceAccretionFoam, seu novo código de CFD tridimensional para simulação da formação de gelo em aeronaves, na reunião do SAE AC-9C Aircraft Icing Technology Committee. O encontro fez parte das SAE International Committee Meetings, realizadas de 20 a 23 de outubro de 2025 no CIRA (Centro Italiano Ricerche Aerospaziali), em Capua, na Itália.
A apresentação “iceAccretionFoam: Rime and Glaze Ice Accretion” (PDF) foi feita pelo Dr. Guilherme A. Lima da Silva, CEO da ATS4i, que esteve em Capua com Henrique Lewi, Head of Sales da empresa. Desde então o projeto avançou: o desenvolvimento do código foi aprovado pela FAPESP, no programa PIPE, e está em andamento.
Resumo
- Evento: SAE AC-9C Aircraft Icing Technology Committee, no CIRA, em Capua (Itália), outubro de 2025.
- Tema: iceAccretionFoam, solver de CFD 3D para gelo dos tipos rime e glaze, desenvolvido sobre o foam-extend 5.0.
- Parceria: colaboração com o Prof. Hrvoje Jasak, da Universidade de Cambridge, desenvolvedor original do FOAM.
- Resultados publicados: dois artigos na Philosophical Transactions of the Royal Society A (2025) e um no congresso ICAS 2024.
- Próximo passo: projeto aprovado no PIPE-FAPESP, com a Fase 1 em execução em 2026 rumo à versão Beta.
O que é o SAE AC-9C
O AC-9C é o comitê técnico da SAE International dedicado à tecnologia de gelo em aeronaves. Suas reuniões reúnem fabricantes de aeronaves, fornecedores de sistemas e sensores, institutos de pesquisa, academia e autoridades para discutir métodos de ensaio, simulação e proteção contra gelo. É um dos fóruns em que novas ferramentas de simulação de gelo são apresentadas e discutidas com a comunidade.
A edição de outubro de 2025 foi sediada pelo CIRA, centro italiano de pesquisa aeroespacial que opera um túnel de vento de gelo (Icing Wind Tunnel).
Por que um novo código 3D de gelo
O gelo que se forma em voo reduz a sustentação, aumenta o arrasto e o peso e pode comprometer sensores. Prever a forma do gelo é parte essencial da análise de segurança, do projeto dos sistemas de proteção e do processo de certificação.
Muitas ferramentas tratam o problema de forma quasi-3D: o escoamento externo é 3D, mas o filme de água e o crescimento do gelo são resolvidos em cortes 2D normais ao bordo de ataque. Em asas enflechadas e geometrias complexas, as linhas de cisalhamento que conduzem a água se desviam desses cortes, e a previsão perde precisão, principalmente no gelo glaze. O iceAccretionFoam foi concebido para resolver todo o processo em um único solver 3D, sem essas simplificações.
As aplicações vão além das asas e estabilizadores: sondas de dados de ar (tubos de Pitot e smart probes), antenas e radomes instalados em modificações de aeronaves, entradas de ar de motores, hélices e os rotores de drones e eVTOL.
Como funciona o iceAccretionFoam
O solver foi implementado no foam-extend 5.0 e integra, em um só código, os módulos que normalmente ficam em programas separados:
- Escoamento compressível: URANS transiente (rhoPimpleFoam) com equação de energia e aquecimento cinético.
- Gotículas: fase dispersa Euleriana (driftEulerFoam), com distribuição de diâmetros.
- Filme de água: método de áreas finitas (Finite Area Method) para a hidrodinâmica e o balanço térmico da água sobre a superfície.
- Crescimento do gelo: método de fronteira imersa (Immersed Boundary Surface, do Prof. Jasak), que atualiza a forma do gelo sem remalhamento nem deformação de malha.
- Transferência de calor: função de parede para superfície rugosa e transição laminar-turbulenta disparada pela rugosidade.
- Proteção contra gelo: condução térmica 2D em casca (shell), prevista para a simulação de sistemas anti-ice e de-ice.
Resultados apresentados: gelo rime e glaze
Na reunião, a ATS4i mostrou a evolução da forma do gelo em um aerofólio NACA 0012, comparada com medições experimentais da NASA (Shin) e com o LEWICE. No caso rime, os resultados foram considerados aceitáveis e consistentes com os experimentos. No glaze, o comportamento previsto é correto e os próximos refinamentos são a fração de congelamento térmica de Messinger, o mapeamento das células acompanhando o crescimento do gelo e a transferência de calor e massa com transição.
Plano de validação e roadmap
A validação segue uma sequência de complexidade crescente: coeficiente de pressão (Cp) e eficiência de coleta (beta), gelo rime 2D, gelo glaze 2D, formas 3D e gotículas super-resfriadas grandes (SLD) e, por fim, sistemas térmicos de proteção contra gelo. As duas primeiras etapas já foram concluídas.
O roadmap apresentado mostra que o código nasce de mais de duas décadas de trabalho em gelo: processos de certificação de sondas com fabricantes e autoridades (2001), modelagem física no mestrado e doutorado (2003), ideação a partir de requisitos de clientes (2019), escolha do OpenFOAM com áreas finitas, fronteira imersa e solução 3D completa (2022) e colaboração com o Prof. Jasak no foam-extend 5 (2023/24). As próximas marcas são a versão Beta (2026) e o MVP (2027/28).
Próximo passo: projeto aprovado no PIPE-FAPESP
Depois da reunião em Capua, o projeto “iceAccretionFoam: CFD tridimensional para simulação de formação de gelo em aeronaves” (ICE Code) foi aprovado pela FAPESP no programa PIPE (Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas), Fase 1, processo 2025/19697-9. A Fase 1 tem cronograma de oito meses, de maio a dezembro de 2026, e quatro frentes:
- Física: mapeamento entre fronteira imersa e áreas finitas, transferência de calor em superfície rugosa e transição laminar-turbulenta.
- Validação: casos clássicos 2D de gelo rime e glaze comparados com dados experimentais em diversos aerofólios.
- Produto: estudo de implantação em nuvem (SaaS) e de interface gráfica assistida por inteligência artificial.
- Qualificação: dossiê de viabilidade técnica para a Fase 2.
A meta da Fase 1 é levar o código do TRL 3 ao TRL 6, com uma versão Beta validada. A Fase 2 mira o TRL 8 (MVP), com geometrias 3D complexas (asas enflechadas, radomes, antenas, entradas de ar e rotores de eVTOL), gotículas SLD e acoplamento térmico para sistemas de proteção contra gelo. Os detalhes do projeto FAPESP serão tema de um próximo post.
Equipe
O iceAccretionFoam é coordenado pelo Dr. Guilherme A. Lima da Silva, pesquisador responsável do projeto PIPE-FAPESP. Na Fase 1, o desenvolvimento conta com dois bolsistas de Treinamento Técnico da FAPESP, um TT-5 (nível doutorado) e um TT-4A (nível mestrado), e com a colaboração do Prof. Hrvoje Jasak, da Universidade de Cambridge, que orienta o trabalho sobre o núcleo do foam-extend, as áreas finitas e a fronteira imersa. As fases iniciais do código contaram com as contribuições de Jayme R. Teixeira da Silva, Rafael Miranda Hazana Carvalho, Maria Eduarda M. C. Lopes, Augusto P. R. Preguiça, Pedro C. de Souza Villela e Caio F. Rafael, coautores dos artigos publicados no ICAS 2024 e na Philosophical Transactions of the Royal Society A.
Leia mais
- PIPE-FAPESP: iceAccretionFoam, do beta 2D ao MVP 3D: o plano do projeto aprovado pela FAPESP.
- Apresentação no SAE AC-9C, Capua, 2025 (PDF, em inglês)
- Introducing the iceAccretionFoam solver: impingement and rime ice (Phil. Trans. R. Soc. A, 2025) · PDF
- Advancing the iceAccretionFoam solver: glaze ice accretion (Phil. Trans. R. Soc. A, 2025) · PDF
- Publicações da ATS4i
- ATS na NUMAP-FOAM Summer School 2023
- Simulação numérica para sistemas de proteção contra gelo
- Serviço: Análise de Formação de Gelo
- English version
- Numerical Simulation of Convective Heat Transfer for In-Flight Icing (2023)
- “The Icing Engineering Process”: seminário na SUNY Korea (2022)
Perguntas frequentes
Qual a diferença entre gelo rime e glaze?
O gelo rime se forma quando as gotículas super-resfriadas congelam logo ao atingir a superfície, em temperaturas mais baixas, gerando um gelo opaco que acompanha o contorno do perfil. O glaze ocorre mais perto de 0 °C: parte da água escorre antes de congelar e forma chifres irregulares, mais difíceis de prever e mais prejudiciais à aerodinâmica.
Por que simular o gelo em 3D?
Em asas enflechadas, sondas e rotores, a água escorre seguindo linhas de cisalhamento tridimensionais. Abordagens em cortes 2D não capturam esse escoamento, o que afeta sobretudo a previsão do gelo glaze.
Onde o iceAccretionFoam pode ser aplicado?
Em asas, estabilizadores, sondas de dados de ar, antenas e radomes, entradas de ar de motores, hélices e rotores de drones e eVTOL, tanto para prever formas de gelo quanto, na Fase 2, para simular sistemas de proteção contra gelo.
Precisa de análise de formação de gelo ou de proteção contra gelo? Fale com a equipe da ATS4i.
