Este artigo apresenta um modelo Simulink para controle de temperatura de cabine para uma aeronave da Aviação Comercial e analisa o comportamento dinâmico da temperatura de cabine em diversas de condições de operação. O modelo inclui os componentes mais importantes do Sistema de Controle Ambiental incluindo a unidade de ar condicionado, a válvula de controle de vazão e válvula de bypass. Diversos casos de estudo são apresentados utilizando o modelo de simulação e os resultados são comparados com dados experimentais de aeronaves similares. O modelo de simulação pode ser usado para avaliar o desempenho do controle de temperatura de cabine e para melhorar o projeto e a funcionalidade dos componentes do Sistema Ambiental em condições transientes. Baseado nesta análise o controlador do Sistema Ambiental pode ser projetado para melhorar o tempo de resposta e a estabilidade do controle de temperatura de cabine.

O sistema de distribuição de ar comumente utilizado em cabines de aeronaves consiste no insuflamento de ar na parte superior e retorno na parte inferior, com mistura do ar na cabine. Devido à sua característica de mistura, este sistema pode dispersar doenças infecciosas pelo ar na cabine. A eclosão mundial do vírus SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) em 2003 demonstrou que a disseminação de contaminantes aéreos ainda é um evento não controlável, uma vez que foi rapidamente difundido mundo afora, principalmente porque pessoas infectadas viajaram de avião para cidades distantes. Fatos como esses têm motivado governos, empresas e instituições de pesquisa a investirem fortemente em pesquisa e desenvolvimento. Novos sistemas de ventilação e distribuição de ar em aeronaves, baseados em sistemas de ventilação por deslocamento e de distribuição de ar pelo piso, estão começando a ser testados. Neste contexto, no presente trabalho foi realizada análise experimental da dispersão de partículas expiratórias em cabine de aeronave, considerando diferentes arquiteturas de distribuição de ar, em mock-up de 12 lugares, utilizando gerador e contadores de partículas. Os ensaios foram realizados para três arquiteturas de distribuição de ar: sistema de ventilação por mistura (MV), sistema de distribuição de ar pelo piso (UFAD) e sistema pelo piso modificado (UFAD modificado), com a mesma vazão de ar de insuflamento em duas condições de temperatura do ar insuflado na cabine: 18 e 22°C. E com geração de partículas em dois pontos da cabine: perto da fuselagem e perto do corredor. As partículas foram geradas e medidas na altura da zona de respiração, a 1,10 m do piso. Os resultados mostram que o ponto de geração de partículas, bem como a temperatura do ar insuflado na cabine, tem grande influência na dispersão e na concentração de partículas ao longo da cabine. Uma menor temperatura do ar na cabine favorece a formação de plumas térmicas junto aos passageiros, aumentando a eficiência na remoção de partículas da cabine. O sistema UFAD apresentou a menor dispersão e a maior eficiência na remoção de partículas expiratórias da cabine, mostrando-se promissor para utilização também em cabines de aeronaves. O aumento na remoção de partículas expiratórias de 3 a 5 m, do sistema UFAD com relação ao sistema convencional MV, foi de até 63,4%. / The air distribution system commonly used in aircraft cabins consists the air insufflations at the top of the cabin with return of the air at the bottom, with mixing air within the cabin. Due to this mixing characteristic, this system can disperse infectious diseases through the cabin air. The global outbreak of SARS virus (Severe Acute Respiratory Syndrome) in 2003 showed that the spread of airborne contaminants is still an uncontrollable event, since it was quickly spread around the world, mainly because infected people who traveled by plane to distant cities. Facts like these have motivated governments, companies and research institutions to invest heavily in research and development. New ventilation systems and air distribution aircraft based on displacement ventilation systems and underfloor air distribution are beginning to be tested. In this context, the present work was made an experimental analysis of the expiratory particles dispersion in aircraft cabins considering different air distribution architectures in a mock- up containing 12 seats, using a generator and a particle counter. The experiments were performed in three architectures air distribution: mixing ventilation system (MV), underfloor air distribution (UFAD) and the underfloor air distribution modified (UFAD modified), all of them with the same air supply rate, considering two air supply temperature conditions: 18 and 22°C. And particle generation at two points of the cabin: near the fuselage and near the aisle. The particles were generated and measured in the breathing zone, 1,10 m from the floor. The results show that the point of generation of particles, and the air supply temperature, have great influence on the dispersion and particle concentration throughout the cabin. A lower air temperature in the cab favors the formation of thermal plumes within the passengers, increasing the efficiency in removing particles from the cabin. The UFAD system had the lowest dispersion and greater efficiency in removing expiratory particles from the cabin, being promising also for its use in aircraft cabins. The increase in expiratory removal of particles from 3 to 5 microns UFAD system with respect to conventional MV was up to 63.4%.

Este trabalho apresenta a modelagem geométrica do cockpit de uma aeronave de treinamento avançado a jato, incluindo o modelo ergonométrico do piloto, para análise dos efeitos na segurança e operação devido à variação do posicionamento do olho do piloto em relação às posições especificadas de projeto para o cockpit. A motivação do trabalho tem sua origem na atenção dada a este problema em estudo realizado no caça F-16 no Centro de Ensaios em Vôo da Força Aérea Americana (AFFTC - Edwards, California). Segue-se à modelagem, a análise de situações de operação de ataque, aproximação para o pouso e de segurança do piloto. Os resultados obtidos do trabalho são recomendações a serem incluídas nos programas de treinamento de pilotos, bem como parâmetros para o projeto de cockpits.

O presente trabalho fornece uma ferramenta de análise e avaliação de conforto para os passageiros em cabines pressurizadas de aeronaves. A ferramenta foi desenvolvida com base em um modelo matemático que simula as reações do ouvido humano às variações de pressão da cabine da aeronave durante o vôo. A simulação do modelo e análise de resultados foi realizada através da ferramenta de programação Matlab / Simulink. Pôde-se concluir do estudo que existe uma boa aproximação entre os resultados do modelo proposto e os dados contidos na ARP 1270. O modelo possui diferenças maiores para altas taxas de subida e descida, mas tem boa aproximação para as taxas comumente encontradas na aviação comercial. Um estudo de 3 casos foi conduzido para demonstrar a utilização do modelo na análise do conforto de aeronaves comerciais.

O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver uma metodologia e uma ferramenta utilizando o programa MatLab para analisar a concentração volumétrica de gases tóxicos ao longo do tempo em cabines de pequenas aeronaves durante um evento de fogo. Estes gases podem ser os gerados pela combustão ou pelos agentes extintores utilizados para apagar o fogo. Um modelo matemático foi descrito utilizando a abordagem de uma mistura de gás perfeito com o método dos parâmetros concentrados, já que esta foi demonstrada por testes fornecer dados similares a uma simulação real, bem como ser esta a metodologia sugerida e aceita pelas autoridades atualmente. As entradas do problema são as vazões mássicas do agente extintor e de outros gases tóxicos provenientes da combustão, a variação da altitude de cabine e a taxa de entrada de ar na cabine. As saídas são as concentrações volumétricas de todos estes gases na cabine ao longo do tempo. A contribuição desta ferramenta é na definição preliminar dos extintores de incêndio na cabine e a na visualização dos efeitos de possíveis variações na altitude de cabine e entrada de ar em um evento de fogo. Esta ferramenta também é útil no estudo da substituição de agentes extintores existentes por outros menos tóxicos bem como na reavaliação de instalações existentes de extintores de incêndio com as possíveis mudanças nos valores de nível de toxicidade recomendado pelas autoridades. Os resultados obtidos pela ferramenta apesar de conservadores, demonstraram-se coerentes para casos de simulação em regime permanente, para casos de disparo de mais de um gás na simulação de uma aeronave em cruzeiro e altitude constante, e com variação na altitude de cabine.

O oxigênio é vital para a vida humana. Sua importância na aeronáutica aumentou quando as aeronaves modernas atingiram altitudes de voo acima da permitida para a sobrevivência, a pressurização da aeronave se fez necessária. Qualquer falha neste sistema de pressurização põe em risco a vida de todos os ocupantes da aeronave e também das pessoas no solo no caso de uma queda sobre a cidade, por exemplo. Isto porque com a despressurização, os ocupantes perdem a consciência devido ao baixo nível de oxigênio e a aeronave ficaria sem controle. Para evitar isto, desenvolveram-se sistemas de armazenamento de oxigênio que possuem a função de fornecer o oxigênio necessário para que os tripulantes consigam trazer a aeronave para um nível de voo em que a respiração sem equipamentos volte a ser possível. Porém a determinação da quantidade de oxigênio necessário depende de cada aeronave, sua altitude máxima, número de ocupantes e tipo de operação que ela efetua. Assim, existe a necessidade de um cálculo dedicado para cada aeronave. Nesta dissertação, será apresentado um método de cálculo para a obtenção desta quantidade de oxigênio e também como aplicar o cálculo de acordo com as características da aeronave. Nesta aplicação, serão considerados dois perfis de descida de emergência para duas aeronaves hipotéticas e com os mesmos componentes de sistema de oxigênio. Os resultados obtidos mostraram que o método utilizado é prático e de fácil aplicação. A obtenção do volume de oxigênio teórico pode ser feita sem a dependência dos dados da aeronave, porém as características dos sistemas variam dependendo do projeto do sistema de oxigênio da aeronave.

This thesis discusses the design of Active Sidestick for commercial airplanes. The Active Sidestick is a control device installed in the airplane cockpit, and used to convert the pilot's arm and wrist movements into attitude commands to the airplane. Simultaneously, the Active Sidestick provides to the pilot, by means of actuators connected to its hinges, a force in response to the command demand, which direction and intensity - modulated accordingly to the airplane configuration and flight conditions - relates in a unique manner to the direction and response of the airplane.The discussions and conclusions in this Thesis constitute the Viability Analysis of the Active Sidestick. The following aspects are covered:The need for Active Sidesticks - JustificationDesign requirements definitionProposal of design solutionsDevelopment of dynamic models for simulation and analysisDevelopment of a functional prototype for the validation of the dynamic models, and verification of the viability of the proposed solutions.The background required for the understanding of the discussions related to the Viability Analysis of the Active Sidestick, and a complete definition of what is an Active Sidestick are provided in the first Chapters of this thesis. The selection of the best solution for the design of the Active Sidestick is not a subject of this thesis.

Operações aéreas em aeronaves de uso comercial, nas últimas décadas, têm exigido maior desempenho do operador, devido ao elevado nível de automação inserido nos cockpits. Considerando esta natureza, levar em consideração a opinião dos pilotos é de suma importância para entender e capturar possíveis ajustes no projeto de aeronaves, e melhor adequá-las, em termos de conforto de cabine, quantidade / qualidade das informações disponíveis, melhor esclarecimento das reações da aeronave, tudo em prol de torná-la cada vez mais segura. Neste sentido, este trabalho tem como finalidade analisar a influência do uso do sidestick passivo na pilotagem, segundo a percepção dos pilotos. Para isso, uma pesquisa do tipo Survey ou levantamento foi realizada. A amostra obtida por conveniência consta de 42 (quarenta e dois) pilotos voluntários, com experiência em diferentes tipos de aeronaves, equipadas com sidestick. Resultados obtidos sugerem uma excelente aceitação do uso do sidestick, com ênfase positiva para os aspectos de conforto ergonômico e pilotagem, localização do dispositivo de controle nas laterais do cockpit, proporcionando maior espaço à frente e menor carga de trabalho (a força física é menor, para comandar o dispositivo de controle). Entretanto, como existe a interação entre pilotos / sidestick / leis de controle / superfícies de comando / aeronave / pilotos, e o todo faz parte de um sistema complexo o qual está em constante desequilíbrio, é fato que a pesquisa também apontou gaps de projeto, que ainda incomodam a pilotagem.

Cabines de aeronaves vêm sendo desenvolvidas de modo a tornar o ambiente a bordo mais aceitável e confortável para os seus usuários. No presente trabalho, a influência de sistema de ventilação personalizada instalado na poltrona na dispersão de partículas expiratórias foi estudada em um mock-up de 12 lugares, que reproduz o interior de uma aeronave comercial com quatro poltronas por fileira. Os ensaios foram realizados com temperatura do ar insuflado na cabine a 18°C, correspondendo a uma leve sensação de frio, e temperatura do ar insuflado pelo sistema personalizado a 24°C com vazão de 3,0 l/s. As partículas simulando uma pessoa espirrando foram injetadas em dois pontos no fundo da cabine, respectivamente, na poltrona próxima da fuselagem e naquela perto do corredor, a 1,10m do piso, que corresponde à região de respiração. A contagem de partículas foi realizada nos assentos da fileira imediatamente à frente do ponto de injeção das partículas, ou seja, na fileira do meio do mock-up, onde se encontra instalado o sistema de ventilação personalizada, respectivamente, na poltrona próxima da fuselagem e naquela perto do corredor. Medições para o mapeamento dos perfis de temperaturas e de velocidades do ar também foram realizadas. Os resultados mostraram que a dispersão de partículas sofre forte influência do sistema de ventilação personalizada e do ponto de injeção de partículas. A quantidade de partículas expiratórias na cabine sempre foi maior quando a injeção foi feita pelo assento junto ao corredor. Isto ocorre devido ao sistema de ventilação por mistura da cabine, com exaustão do ar pela parte inferior próximo da fuselagem. O sistema personalizado avaliado no assento próximo da fuselagem e junto do corredor foi capaz de reduzir, respectivamente, em 40% e 65% a quantidade de partículas expiratórias na zona de respiração dos ocupantes destas poltronas. Adicionalmente, quando o sistema personalizado está funcionando junto ao corredor, a redução das partículas em toda a fileira é de quase 60% em comparação ao sistema personalizado desligado. / Aircraft cabins have been developed in order to make the onboard environment more acceptable and comfortable for their users. In the present work, the influence of a personalized ventilation system installed on the armchair in the dispersion of expiratory particles was studied in a 12-seat mock-up, which reproduces the interior of a commercial aircraft with four seats per row. The tests were performed with inlet air temperature into the cabin at 18°C, corresponding to a slight cold sensation, and inlet air temperature of the customized system at 24°C with a flow rate of 3.0 l/s. Particles simulating a person sneezing were injected at two points in the bottom of the cabin, respectively, in the seat near the fuselage and in the one near the corridor, 1.10m from the floor, which corresponds to the breathing zone. Particle counting was carried out in the row seats immediately in front of the particles\' injection point, i.e. in the middle row of the mock-up, where the custom ventilation system is installed, respectively, in the seat near the fuselage and in that one near the aisle. Measurements for the mapping of temperature and air velocities profiles were also performed. The results showed that the particle dispersion is strongly influenced by the custom ventilation system and the particle injection point. The amount of expiratory particles in the cabin was always greater when the injection was done by the seat near the aisle. This occurs due to the mixing ventilation system of cabin, with air exhaust located nearby the fuselage low part. The personalized ventilation evaluated on the fuselage seat and the aisle seat was able to reduce by 40% and 65%, respectively, the amount of expiratory particles in the breathing zone in these seats. Moreover, when the custom system is working along the corridor, the particle reduction across the row is nearly 60% less compared to the custom system, when it is off.

Cabines de aeronaves vêm sendo desenvolvidas de modo a tornar o ambiente a bordo mais aceitável e confortável para os seus usuários. No presente trabalho, a influência de sistema de ventilação personalizada instalado na poltrona na dispersão de partículas expiratórias foi estudada em um mock-up de 12 lugares, que reproduz o interior de uma aeronave comercial com quatro poltronas por fileira. Os ensaios foram realizados com temperatura do ar insuflado na cabine a 18°C, correspondendo a uma leve sensação de frio, e temperatura do ar insuflado pelo sistema personalizado a 24°C com vazão de 3,0 l/s. As partículas simulando uma pessoa espirrando foram injetadas em dois pontos no fundo da cabine, respectivamente, na poltrona próxima da fuselagem e naquela perto do corredor, a 1,10m do piso, que corresponde à região de respiração. A contagem de partículas foi realizada nos assentos da fileira imediatamente à frente do ponto de injeção das partículas, ou seja, na fileira do meio do mock-up, onde se encontra instalado o sistema de ventilação personalizada, respectivamente, na poltrona próxima da fuselagem e naquela perto do corredor. Medições para o mapeamento dos perfis de temperaturas e de velocidades do ar também foram realizadas. Os resultados mostraram que a dispersão de partículas sofre forte influência do sistema de ventilação personalizada e do ponto de injeção de partículas. A quantidade de partículas expiratórias na cabine sempre foi maior quando a injeção foi feita pelo assento junto ao corredor. Isto ocorre devido ao sistema de ventilação por mistura da cabine, com exaustão do ar pela parte inferior próximo da fuselagem. O sistema personalizado avaliado no assento próximo da fuselagem e junto do corredor foi capaz de reduzir, respectivamente, em 40% e 65% a quantidade de partículas expiratórias na zona de respiração dos ocupantes destas poltronas. Adicionalmente, quando o sistema personalizado está funcionando junto ao corredor, a redução das partículas em toda a fileira é de quase 60% em comparação ao sistema personalizado desligado. / Aircraft cabins have been developed in order to make the onboard environment more acceptable and comfortable for their users. In the present work, the influence of a personalized ventilation system installed on the armchair in the dispersion of expiratory particles was studied in a 12-seat mock-up, which reproduces the interior of a commercial aircraft with four seats per row. The tests were performed with inlet air temperature into the cabin at 18°C, corresponding to a slight cold sensation, and inlet air temperature of the customized system at 24°C with a flow rate of 3.0 l/s. Particles simulating a person sneezing were injected at two points in the bottom of the cabin, respectively, in the seat near the fuselage and in the one near the corridor, 1.10m from the floor, which corresponds to the breathing zone. Particle counting was carried out in the row seats immediately in front of the particles\' injection point, i.e. in the middle row of the mock-up, where the custom ventilation system is installed, respectively, in the seat near the fuselage and in that one near the aisle. Measurements for the mapping of temperature and air velocities profiles were also performed. The results showed that the particle dispersion is strongly influenced by the custom ventilation system and the particle injection point. The amount of expiratory particles in the cabin was always greater when the injection was done by the seat near the aisle. This occurs due to the mixing ventilation system of cabin, with air exhaust located nearby the fuselage low part. The personalized ventilation evaluated on the fuselage seat and the aisle seat was able to reduce by 40% and 65%, respectively, the amount of expiratory particles in the breathing zone in these seats. Moreover, when the custom system is working along the corridor, the particle reduction across the row is nearly 60% less compared to the custom system, when it is off.