Este trabalho tem por objetivo estudar o emprego da metodologia de Projeto de Experimentos, empregando-se Quadrados Latinos na análise de vibrações em aeronaves de asas rotativas. São avaliados os efeitos devido ao rotor principal, na condição de vôo à frente, para emprego como ferramenta inicial de controle preditivo de manutenção e permitir o desenvolvimento futuro de sistemas de gravação de dados. Para tanto, identificam-se as freqüências de interesse que são transmitidas à fuselagem e desenvolve-se o processo de planejamento de experimento, monitoramento e análise de resultados, aplicando-se um modelo estatístico fundamentado na Análise de Variância com intervalo de confiança de 95%. O Projeto de Experimentos propriamente dito abrange três princípios básicos visando garantir a isenção de tendências nos dados obtidos: randomization, replication e blocking. Propõe-se então um método para análise de vibrações apresentando-se passos a serem seguidos permitindo o seu desenvolvimento em uma seqüência sistemática. Neste contexto, identificam-se as variáveis influenciadoras do processo, seus valores de interesse e emprega-se uma ferramenta que permita eliminar a influência de fatores indesejados, permanecendo apenas o efeito da velocidade, por ser conhecido. Em seguida, são efetuadas verificações da validade dos dados permitindo análises consistentes. A aplicação do método proposto é realizada através de uma modelagem computacional, empregando-se o software "R", para a avaliação do incremento de vibração das aeronaves Eurocopter modelo AS-355. Apresenta-se ainda um estudo preliminar para as aeronaves Sikorsky modelo Sea King, denotando a flexibilidade de aplicação em aeronaves com características diferentes, sendo de interesse a conclusão deste último em estudos futuros.

A aviação de helicópteros e aeronaves de asas rotativas é extremamente versátil e demonstra sua efetividade operacional em inúmeras missões e em diversos cenários. Entretanto, cada cenário apresenta ameaças e fatores de risco que a tripulação deve analisar e gerenciar, a fim de evitar situações que possam expor a aeronave a riscos desnecessários. A Amazônia Legal apresenta características que, em situações isoladas ou acumuladas com outros fatores, podem se tornar potenciais fatores de risco e conduzir a um acidente. Esta dissertação, alicerçada em trabalhos clássicos de análise e gerenciamento de risco, apresenta métodos que tornam efetivo o gerenciamento de risco dos diversos ambientes nos quais a aviação opera. No caso desta dissertação são analisadas as características amazônicas, relacionando as que apresentam possibilidade de risco à aviação de helicópteros. Este arranjo, que emprega o Diagrama de Causa e Efeito, a Matriz de Impactos Cruzados e a Matriz de Vulnerabilidade, permite classificar os fatores de risco quanto à sua motricidade, orientando as ações de atenuação ou eliminação dos riscos. Após esta análise, a pesquisa sugere uma complementação à planilha de probabilidade do Método SIPAER (Sistema de Investigação e Prevenção de Acidentes Aeronáuticos) de Gerenciamento do Risco (MSGR), incluindo o fator Amazônico. A complementação do MSGR é aplicada em uma missão de helicóptero na região amazônica, a qual permite testar a hipótese de pesquisa. Ao final, são feitas recomendações e apontadas sugestões para trabalhos futuros.

A aceleração do progresso tecnológico normalmente começa com uma maior ênfase na pesquisa, projeto e desenvolvimento para gerar produtos mais competitivos. O presente trabalho identifica a importância de estabelecer diretrizes e recomendações com enfoque em manutenibilidade para apoiar o projetista na predição da manutenibilidade de um produto aeronáutico, indicando pontos vulneráveis no projeto que afetam a segurança durante as atividades de manutenção. A área de manutenção tem crescido e vem ocupando cada vez mais uma posição estratégica no desenvolvimento de projetos aeronáuticos. A manutenibilidade permite, a partir de atributos qualitativos e métricas, estabelecer padrões a serem considerados nas fases do projeto. Esta dissertação considera o desenvolvimento de projetos de aeronaves de asas rotativas. Como estudos de caso abordam-se três acidentes envolvendo helicópteros, especificando erros durante tarefas de manutenção. O trabalho também aborda a manutenibilidade dos materiais compósitos e as técnicas de inspeção e reparo das estruturas compósitas. O trabalho tem como meta contribuir com o desenvolvimento do conceito da manutenibilidade desde a fase de projeto, visando a segurança de aviação e a aeronavegabilidade continuada das aeronaves de asas rotativas no Brasil.

Este trabalho descreve a análise e simulação do fenômeno de resonância solo em helicópteros com rotores de duas pás. Este problema pode ser resolvido por uma análise de autovalores, no sistema girante, considerando-se propriedades isotrópicas do suporte e, pela aplicação da teoria de Floquet, no sistema não-girante, considerando-se propriedades anisotrópicas do suporte. Os resultados obtidos, via simulação, incluem os diagramas para as variações da freqüência e do amortecimento modais, em função da freqüência angular de rotação do rotor, com ênfase na região de instabilidade, e sua comparação com os diagramas clássicos apresentados por Coleman e Feingold para assegurar a validade, do ponto de vista teórico, do modelamento adotado.

Este trabalho posiciona-se no contexto do desenvolvimento tecnológico agregado crescentemente ao mercado de helicópteros pelo HUMS (Health and Usage Monitoring System), cuja filosofia traz, além de redução dos custos de manutenção, enorme avanço na garantia da aeronavegabilidade continuada, e, consequentemente, no nível de segurança de voo, preservando vidas e material. Suas inovações associadas orbitam em torno de diagnósticos antecipados e de prognósticos de falha apontados em tempo real por algoritmos dedicados, a partir do tratamento de dados coletados por sensores de vibração. Dessa possibilidade de se assegurar, preditivamente, uma extensão da vida útil de componentes e a substituição destes sempre antes que a falha ocorra, emerge a motivação dessa pesquisa. Seu objetivo é apresentar um modelamento analítico simplificado para a análise do sinal de vibração monitorado na estrutura de uma aeronave qualquer de asas rotativas, em detecção a defeitos equivalentes a um desbalanceamento e out-of tracking das pás. Essas são as degradações mais comuns do rotor principal, maior fonte das excitações periódicas transmitidas à fuselagem, cujas respostas vibratórias sob análise estão limitadas à frequência fundamental de 1 per rev. Essas respostas vibratórias foram simuladas numericamente em ambiente computacional MATLAB(R). O problema direto é apresentado em duas partes: a modelagem do sistema fuselagem-rotor convencionado como isotrópico, seguida da parte que introduz as anisotropias que simulam os defeitos geradores das informações de amplitude e fase das vibrações resultantes. Como aplicação do método, soluções do sistema não-linear que governa as equações são comparadas com resultados experimentais de ensaios em voo em uma aeronave típica com rotor principal tri-pá por meio de simulação, através de medidas em dois pontos da fuselagem definidos em manual pelo fabricante da aeronave.

O presente trabalho consiste em uma compilação de autores e literaturas a respeito de investigação de acidentes com helicópteros, incluindo as contribuições aeromecânicas envolvidas. Entendendo alguns dos efeitos aeromecânicos peculiares das aeronaves de asas rotativas, o investigador encarregado de um acidente com helicóptero vai ter maior possibilidade de determinar a contribuição destes para o evento, tornando a investigação mais precisa e científica. Algumas técnicas de investigação que auxiliam o reconhecimento desses efeitos são abordadas e analisadas, com vistas a permitir a utilização do trabalho como fonte de consulta para os responsáveis pelas ações de investigação de acidentes. Com uma linguagem mais simples e voltada para o entendimento preliminar dos efeitos aeromecânicos, o guia técnico desenvolvido nessa dissertação não pretende esgotar o assunto, mas sim complementar a literatura existente no Brasil sobre investigação de acidentes com helicópteros. Dessa forma, almeja-se que os conhecimentos sejam nivelados em torno da coletividade de investigadores do SIPAER, contribuindo para a melhoria dos trabalhos relacionados à segurança da aviação em nosso país e ajudando a alcançar o principal motivo de uma investigação: a prevenção de novos acidentes relacionados a helicópteros e aeronaves de asas rotativas.

Operações aéreas de segurança pública e militares em helicópteros são exemplos de atividades que requererem elevado desempenho do operador. Considerando esta natureza, e buscando aproximar-se do que lhe é, muitas vezes, iminente, este trabalho tem o objetivo de analisar a percepção dos pilotos sobre a carga de trabalho durante a execução de procedimentos de emergência em operações aéreas de helicóptero. Para isso, a pesquisa de campo se desenvolve em ambiente de treinamento de voo real e se utiliza, para avaliar a carga de trabalho, de instrumentos subjetivos - questionário, entrevista e NASA-TLX Scale- e de registros fisiológicos - Frequência Cardíaca (FC). Quatro cenários são delineados, que consistem em realizar procedimentos de emergência previstos no manual do helicóptero HB-350 "Esquilo". A amostra obtida por acessibilidade consta de 30 (trinta) pilotos voluntários, com experiência em diferentes tipos de helicópteros. As informações obtidas nos instrumentos aplicados, após analisados, apontam a T1 - Aproximação e pouso sem o funcionamento do sistema hidráulico - PSH, como tarefa de maior carga de trabalho global, e, também, considerada pelos instrumentos subjetivos, como de maior exigência física, o que é corroborado pelo dado fisiológico, juntamente com a T3 - Aproximação e pouso com pane de motor (apagamento) - PMp. Por outro lado, segundo a percepção dos pilotos, a T4 - Aproximação e pouso com pane de acionamento do R/C - PRCp, e a T2 - Aproximação e pouso com pane de comando do rotor de cauda (R/C) - PCRC, são consideradas as tarefas de maior exigência mental. O estudo clarifica a relação entre as diferentes cargas impostas ao piloto de helicóptero, quando em situação degradada do equipamento, e o seu desempenho, e, também, pode evidenciar a importância de treinamentos de emergência em helicópteros, deixando clara a necessidade de uma política nacional que fomente essa prática, principalmente no âmbito da aviação de segurança pública e militar. Assim sendo, é possível perceber um caminho a ser seguido para possíveis estratégias que minimizam efeitos negativos de situações degradadas que por ventura possam influenciar na segurança de voo das operações de helicópteros.

Nesta pesquisa é estudada a influência de diversos parâmetros na ressonância solo. São deduzidas as equações de movimento para um sistema pás do rotor principal mais helicóptero, utilizando computação simbólica. As equações são checadas comparando-se os diagramas de Coleman obtidos com os resultados de trabalhos clássicos e recentes. É estudada a influência do tipo do rotor, do amortecimento e da anisotropia tanto do rotor quanto do cubo no fenômeno. É utilizada a análise de Floquet no caso de haver anisotropia do cubo e do rotor. São apresentados graficamente os diagramas de autovetores para rotores articulados e hingeless, e é estudado o emprego de algumas funções de Liapunov para prever as regiões de instabilidade.

A determinação do componente horizontal da velocidade aerodinâmica no regime de baixas velocidades, tipicamente abaixo de 40 kt, tem sido um grande desafio para a engenharia de asas rotativas. Dentro desse contexto, este trabalho desenvolve um equacionamento matemático, em formato de redes neurais, para estimar o componente horizontal da velocidade aerodinâmica da aeronave AS 355 F2, por meio de programas computacionais elaborados em Matlab. Por meio de instrumentação embarcada existente na aeronave AS 355 F2, matrícula FAB 8816, são registrados parâmetros de voo tais como posições de comandos, velocidades angulares e atitudes. Essas medidas, obtidas em condições estabilizadas e em acelerações niveladas, são utilizadas como entradas e referências para as redes tipo backpropagation com aprendizagem supervisionada. São projetados dois tipos de redes: uma para estimação do componente horizontal longitudinal da velocidade aerodinâmica, u, e outra para a estimação do componente lateral, v. O treinamento das redes é realizado, por tentativa e erro, alterando-se o conjunto de parâmetros de entradas, o número de camadas escondidas, o número de neurônios por camadas e as funções de transferências por camada (função de ativação). Para tanto, é implementado o algoritmo de Levenberg-Marquardt na otimização dos pesos e biases. Após esse procedimento, um novo conjunto de dados de entradas é aplicado às redes que forneceram melhores resultados na etapa de treinamento, verificando-se uma associação de redes longitudinal e lateral contendo 11 parâmetros de entrada (as deflexões de comando do cíclico lateral, do cíclico longitudinal, de pedal, do comando de coletivo, ângulo de atitude longitudinal, ângulo de atitude lateral, razão de rolamento, razão de arfagem, razão de guinada, torque dos motores e peso do helicóptero) e duas camadas escondidas de 25 neurônios cada, como capaz de fornecer resultados satisfatórios de estimação dos componentes horizontais da velocidade aerodinâmica, em condições estabilizadas, com incerteza de 3,4 kt e 16, e resultados insatisfatórios de estimação da variação temporal em manobras de acelerações niveladas. Ainda, a contribuição do presente trabalho consiste na implementação, em ambiente Matlab, do modelo matemático em forma de redes neurais na telemetria do Grupo Especial de Ensaios em Voo (GEEV), comprovando sua viabilidade como ferramenta de ensaios em voo em tempo real.