Esse trabalho apresenta um procedimento de projeto para obtenção de estruturas típicas em aplicações aeronáuticas otimizadas satisfazendo simultaneamente dois critérios: carga de flambagem máxima e freqüência fundamental máxima. As estruturas projetadas estão sujeitas a carregamentos incertos ou não uniformes. Para a representação do carregamento não uniforme utiliza-se uma metodologia de extração de carregamentos auto-equilibrados a partir dos carregamentos físicos que atuam na estrutura. O carregamento auto-equilibrado é definido usando alguns pontos de controle de carga localizados nos contornos da estrutura. O carregamento auto-equilibrado é descrito usando funções lineares por parte. A abordagem matemática do projeto envolve a solução de problemas de otimização "minimax" em dois níveis e simultâneos. Utiliza-se a estratégia minimax com o intuito de se obter o melhor projeto para a pior condição de carregamento. O processo de otimização envolve também o método de Powell e um loop externo de otimização de massa. O loop externo de otimização de massa torna possível ajustar a massa da estrutura de acordo com especificações de projeto e margens de segurança adotadas. As variáveis de projeto da otimização são propriedades geométricas de estruturas e/ou ângulos de orientação das camadas (em estruturas de material compósito). No entanto, em otimizações que utilizam ângulos de orientação das camadas, é necessário utilizar parâmetros de laminação com o intuito de manter a convexidade do problema. Uma nova definição dos parâmetros de laminação foi adotada para aumentar a aplicabilidade do procedimento.

O mercado aeronáutico tem se tornado cada vez mais competitivo. Este cenário tem pressionado as fabricantes de aeronaves a buscarem soluções inovadoras para aumentar a eficácia de seus processos de fabricação. Neste contexto surgiu o projeto AME (Automação da Montagem Estrutural de aeronaves), uma parceria entre o ITA e a EMBRAER para pesquisa e desenvolvimento de soluções economicamente viáveis para automação do processo de junção de fuselagens aeronáuticas. Um produto deste projeto é o EFIP (Efetuador de Furação e Inserção de Prendedores). Este efetuador robótico é utilizado para automatizar os processos de furação e instalação de prendedores. Neste contexto esta dissertação propõe uma solução para a arquitetura de software de controle para o efetuador multifuncional EFIP. Para seleção da arquitetura de controle do efetuador foram avaliadas três abordagens com características para implementação de aplicativos baseados em eventos discretos. Duas destas abordagens são específicas para controlar sistemas a eventos discretos: o state diagram e o statechart. Ambas apresentaram limitações. A primeira por ser mais adequada para sistemas de baixa complexidade e a segunda devido ao processo de conversão do statechart para linguagem LabviewTM. A terceira abordagem avaliada foi a arquitetura produtor-consumidor. Apesar de também apresentar limitações referentes à sua aplicação foi a arquitetura selecionada. Esta arquitetura possui um código aberto que permitiu ser customizado para atender aos requisitos do software de controle do EFIP. Para verificação da arquitetura selecionada foram utilizadas duas técnicas: A primeira faz verificação formal utilizando autômatos temporizados e a ferramenta UPPAAL. A segunda verifica o software desenvolvido por meio da aplicação de testes utilizando a metodologia COFI. As técnicas de verificação apresentaram contribuições importantes e complementares.

This work demonstrate the decision that lead the responsible team for the AL5 aircraft to recommend more dedicated study, on using composite materials on the constant section barrel of the fuselage, to the next design team. The recommendation where made after the mass comparison of a composite fuselage and an equivalent aluminum fuselage, both estimated through methodologies described on the books of Bruhn and Niu.

Um método de pré-dimensionamento da estrutura da fuselagem de uma aeronave foi desenvolvido nesse trabalho com o objetivo de possibilitar ao engenheiro de estruturas o cálculo rápido dos esforços primários e secundários, bem como das margens de segurança dessa estrutura. Para tanto, as teorias de cálculo desse tipo de estrutura foram implementadas em uma planilha de forma a permitir que o engenheiro mude com facilidade os parâmetros de projeto, podendo assim buscar uma solução mais eficiente. Neste trabalho são discutidas também as conseqüências de não se considerar as reduções das áreas efetivas do revestimento, devido à flambagem dos mesmos, no cálculo da área total resistente à compressão axial.

Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma rotina para a geração de um modelo simplificado para o caixão principal de uma asa dimensionado através de uma ferramenta de otimização para estabilidade. Este modelo simplificado deve representar dinamicamente o comportamento do caixão principal. A metodologia foi aplicada para um conceito de aeronave comercial de transporte. Modelos em elementos finitos foram construídos para a validação da metodologia proposta. A rotina implementada mostrou-se capaz de cumprir o objetivo proposto, gerando os resultados com a acuracidade esperada para fases de anteprojeto de aeronaves.

Em sistemas de controle aeronáutico, aeronaves flexíveis são aquelas cuja dinâmica estrutural possui freqüências próximas às de corpo rígido. Filtros estruturais do tipo notch são tipicamente implementados quando existe separação suficiente entre o modo de maior freqüência da dinâmica de corpo rígido e o modo de menor freqüência da dinâmica estrutural. Entretanto, para aeronaves que apresentam maior flexibilidade estrutural, os filtros citados não são efetivos no seu papel. Neste trabalho, é descrito um modelo da aeronave flexível B1, disponível na literatura, que integra as dinâmicas de corpo rígido e flexível. Um piloto automático de altitude para aeronaves flexíveis é projetado utilizando duas técnicas de controle robusto: HIFOO (H8 Fixed-Order Optimization) e Loop Shaping. Estas técnicas são apresentadas, discutidas e seus resultados, comparados.

Um método integrado para a estimativa das cargas aerodinâmicas atuando simultaneamente nos principais componentes da aeronave foi desenvolvido. Efeitos mútuos de interferência entre asa, fuselagem e empenagem foram considerados. Para atender aos anseios da indústria, este processo é adequado para a estimativa de cargas internas, como esforços cortantes, momentos fletor e torsor, atuando nos principais componentes da aeronave durante a etapa de projeto conceitual. Um aspecto importante é o nível de automação, o qual foi reforçado com o objetivo de adaptar o método a processos de otimização de projeto automatizados. Através de comparações com métodos disponíveis na literatura, a eficácia do método descrito neste trabalho foi analisada.

Na atualidade há uma busca por novos materiais para a fabricação da estrutura das aeronaves como meio de gerar melhorias tanto na manufatura como na manutenção das mesmas. Os materiais compostos, entre eles os compósitos de fibra de carbono, são materiais que acrescentam as características esperadas quando comparados aos metais. Contudo, os materiais compostos não são bons condutores de eletricidade e desta forma uma atenção deve ser dada para as conseqüências de incidências de descargas atmosféricas em aviões que são constituídos destes materiais. Este trabalho avalia a ocorrência de centelhamento em junções de compósito de fibra de carbono encontradas nas asas de uma aeronave quando da passagem de uma corrente de alta intensidade proveniente de uma incidência direta de uma descarga atmosférica. Para alcançar os resultados desejados os parâmetros da corrente de descarga são avaliados na teoria e na prática.

Este trabalho investiga a aplicação de algoritmos genéticos no projeto estrutural preliminar de uma asa fabricada com materiais compósitos. O objetivo desta otimização é basicamente a minimização do peso estrutural, sujeito às restrições de projeto de carga crítica de flambagem e índice de falha dos laminados (HILL). As variáveis de projeto são classificadas em variáveis de dimensionamento (230 variáveis) e variáveis geométricas (47 variáveis). As variáveis de dimensionamento dos revestimentos, das longarinas e das nervuras da asa são as direções principais dos laminados, o número de camadas a 0, 90, -45 e +45 e a seqüência de laminação. Entre as variáveis geométricas estão as posições das nervuras com relação à raiz da asa na direção da envergadura e os ângulos das nervuras em relação ao eixo longitudinal do avião. A seqüência de laminação utilizada é consistente com o processo de fabricação por "Automatic Tape Laying" - ATL. É proposto um novo processo de otimização onde as etapas de projeto em CAD e o processamento da geometria obtida em CAE (processadores de malha de elementos finitos), visando geração de malhas, são substituídas por um gerador de malhas programado em "Visual Basic for Applications" - VBA, integrado ao "Microsoft Excel ". Este novo processo acelera a análise dos indivíduos permitindo maior rapidez na evolução do algoritmo genético. Quanto à estratégia de otimização, esta foi voltada para redução do tempo computacional. Malhas muito refinadas inviabilizam a aplicação do algoritmo em problemas com muitas variáveis, pois o número de iterações para a convergência aumenta muito com o número de variáveis. Para minimizar este problema se utilizou uma estratégia de otimização onde as malhas de elementos finitos tem seu refinamento variável. Nas primeiras gerações da otimização as malhas são mais grosseiras, permitindo boa exploração do espaço amostral sem aumento significativo do custo computacional. Na medida que a otimização vai convergindo a malha passa a ser mais refinada, possibilitando obtenção de resultados mais confiáveis ao fim da otimização.Além do refinamento progressivo utilizou-se da separação de variáveis para dar mais eficiência ao processo de otimização. Variáveis associadas somente aos laminados foram otimizadas em série com a otimização das variáveis associadas somente à geometria. Este processo de separação das variáveis em subproblemas mostrou-se bastante eficiente já que evita o agrupamento em um mesmo problema de variáveis de naturezas tão diferentes, além de permitir processamento com número reduzido de variáveis em cada etapa. Na etapa de otimização dos laminados se buscou a minimização do peso estrutural, enquanto na etapa de otimização do posicionamento das nervuras buscou-se a maximização do fator de carga crítica de flambagem. Após o estudo detalhado da influência dos parâmetros do algoritmo genético no comportamento da otimização foi possível a criação de diretrizes àqueles que buscam maior eficiência (menor custo computacional) em uma otimização qualquer.

Há diversas metodologias empregadas para a determinação das cargas de rajadas usadas em dimensionamentos estruturais da aeronave, e que incluem métodos determinísticos e métodos estocásticos. As cargas de resposta à turbulência continua são, hoje, obtidas pelo método estocástico (Random Process Theory - RPT) em conformidade com o estabelecido nos requisitos aeronáuticos em vigor (FAR). Este trabalho visa implementar uma alternativa ao RPT na determinação das cargas de turbulência contínua, baseada na teoria dos filtros correlacionados (Matched Filter Theory - MFT). Historicamente, o MFT foi originalmente utilizado na obtenção mde sinais maximizados de radares. Pototzky (POTOTZKY, 1997) demostrou que o MFT é aplicável também para a solução de problemas dinâmicos e aeroelásticos genéricos, especificamente para cálculos de cargas correlacionadas de rajadas. Será demonstrado aqui que as cargas correlacionadas geradas pelo MFT são fortemente similares às geradas pelo RPT. É apresentado neste documento uma descrição detalhada da metodologia de cálculo de cargas baseada em RPT e em MFT, e os resultados numéricos obtidos.