Este trabalho tem como objetivo principal o projeto de um servo atuador hidromecânico para aplicação aeronáutica. O servo atuador proposto foi baseado em uma especificação técnica de um servoatuador de aileron da aeronave EMB 145. A partir de um servo atuador proposto foi efetuada a modelagem dinâmica via grafos de ligação (grafos de ligação) e montadas as matrizes da descrição no espaço de estado para posterior análise dinâmica linear. A partir do grafo de ligação também obteve-se as equações necessárias para análise dinâmica não linear. Com o dimensionamento estático das partes principais obteve-se os dados necessários para simulação linear e não linear. Quando da simulação não linear, incorporou-se no modelo várias não linearidades tais como: variação dos diâmetro dos orifícios de controle, atrito de Coulomb, efeito de travamento hidráulico e folgas devido ao desgaste ou de ajuste de peças (backlash). Finalmente os itens principais (servo válvula, atuador, alavanca de comando/realimentação) e seus acessórios (válvula by-pass, válvula solenóide, válvula unidirecional, válvula anti-cavitação, filtro) foram desenhados utilizando-se CAD. Um esquema completo do servo atuador com seus componentes também é mostrado.

A importância do estudo da dinâmica em máquinas térmicas é conhecer o modo como irá reagir às diferentes circunstâncias de operação, como partida, aceleração e desaceleração, e em transitórios. A observação de suas características dinâmicas permite avaliar situações indesejadas e a necessidade de ajustes. Para modelar uma turbina a gás é necessária a análise de vários domínios físicos, uma vez que os sistemas que compõem uma turbina a gás envolvem várias áreas da engenharia. A turbina a gás é composta basicamente de sistemas termofluido-mecânicos acoplados a sistemas elétricos. Nesse tipo de modelagem, que envolve sistemas elétricos e mecânicos, uma linguagem unificada como a de grafos de ligação pode ser aplicada, pois possui vantagens inerentes. Este trabalho contém três objetivos principais: o primeiro é apresentar o princípio de funcionamento de uma turbina a gás e suas características construtivas. É apresentada também a metodologia envolvida em grafos de ligação para o estudo de sistemas dinâmicos, muito consistente e necessária ao entendimento deste trabalho; segundo, uma vez escolhidas as variáveis de interesse, é apresentada uma metodologia para modelagem de turbinas a gás através de grafos de ligação através de um modelo. São abordados também os procedimentos para se modelar cada parte do motor, e posterior simulação do sistema em ambiente computacional apropriado; terceiro, apresentar uma técnica de identificação para turbinas e um modelo matemático que mostre as características dinâmicas de um sistema físico real ou simulado. Os resultados demonstram similaridades entre as dinâmicas, permitindo a análise da dinâmica da turbina a gás, validando a modelagem utilizando grafos de ligação e de identificação.

Este trabalho focaliza o modelamento teórico via grafos de ligações (bond-graphs) e a identificação experimental do modelo dinâmico de uma servo-válvula eletro-hidráulica de controle de pressão. A servo-válvula possui dois estágios de controle, onde o primeiro estágio é um sistema com duplo bocal-palheta, controlado por um motor de torque a solenoide e o segundo estágio é um sistema com camisa-carretel comandado pelo primeiro. Um modelo de grafo de ligação multi-pórtico é proposto para se determinar as equações não lineares do sistema eletro-hidromecânico. O sistema é então linearizado para se desenvolver uma função de transferência entre a entrada de corrente e a pressão no pórtico de saída; a manipulação simbólica para a obtenção da referida função foi realizada através do software MATHEMATICA. Uma montagem experimental foi implementada para estudos de validação do modelo dinâmico teórico. Esta montagem consiste na alimentação da servo-válvula com uma fonte de pressão constante; no pórtico de utilização foi conectada uma impedância hidráulica para simular a carga no sistema. Um microcomputador PC compatível dotado de conversores AD/DA é utilizado para monitorar a corrente de excitação e a pressão de saída do sistema, sendo a excitação de corrente gerada via "software" SISDIM e a aquisição dos dados de entrada e saída via placa AQDADOS. O "software" MATLAB foi utilizado para ajuste das séries temporais de entrada e saída e identificação de um modelo ARX (auto regressivo exógeno) do sistema eletro-hidráulico. A comparação dos valores numéricos dos coeficientes da função de transferência experimental com as expressões algébricas dos coeficientes da função de transferência teórica nos fornecerá os parâmetros do sistema hidráulico. Finalmente foi realizada uma análise de sensibilidade do modelo estudado com utilização do software VISSIM.

A presente Proposta da Dissertação de Mestrado apresenta a modelagem de sistemas de atuação de tubeiras através de Bond Graph, analisando os sistemas de controle de foguetes em relação a missão do VLS-1, a descrição do controle de cada estágio e movimentação das tubeiras. A modelagem dinâmica visa a simulação do comportamento do sistema. A modelagem dinâmica de sistemas físicos é realizada no aplicativo 20-SIM através de Bond Graph que descreve graficamente o domínio independente do comportamento dinâmico de sistemas físicos, ou seja, os sistemas dos domínios diferentes (elétrico, mecânico, hidráulico, acústico, termodinâmico, etc.) são descritos da mesma maneira, pois são baseados na troca da energia, resultando por tanto em equações e conceitos físicos análogos. A modelagem através de Bond Graph é uma ferramenta poderosa para modelar sistemas da engenharia, especialmente quando são envolvidos sistemas físicos diferentes. Além de trabalhar com sistemas físicos diferentes seus submodelos podem ser reutilizados para criação de novos modelos. Os ensaios de identificação dos dados foram realizados em bancada no Instituto de Aeronáutica e Espaço - IAE, localizado em São José dos Campos - SP.

O estudo do comportamento dinâmico de um motor foguete a propelente líquido é de fundamental importância durante as fases preliminares do projeto. O presente trabalho está dividido em quatro partes. Na primeira parte faz-se uma análise do princípio de funcionamento do motor foguete e de seus principais subsistemas. Na segunda parte, faz-se uma análise da metodologia de sistemas físicos por meio de grafos de ligação. Na terceira parte, é feito um acoplamento das duas primeiras partes e se obtém os modelos matemáticos para os diversos subsistemas do motor foguete. No início da quarta parte é feita uma análise qualitativa do sistema de controle de empuxo do motor foguete e, finalmente são feitas simulações computacionais de um modelo de motor foguete simplificado.

Este trabalho apresenta um sistema de controle de estruturas flexíveis (placas) fazendo uso de um torque desenvolvido por uma planta hidráulica. A estrutura flexível está montada em um mancal hemisférico a gás, construído no ITA para medidas de propriedades de massa, que flutua sobre um colchão de ar e gira com atrito desprezível, posicionando a placa em uma determinada posição angular. A atuação do torque excita diversos modos de vibrações da placa, possibilitando identificar diversos parâmetros dinâmicos das plantas hidráulica e flexível. Por outro lado, a ação de um controlador analógico ou digital na malha de controle, permite gerar um torque para minimizar as amplitudes máximas dessas vibrações, quando a placa estiver oscilando em torno da posição desejada. Seguindo os conceitos da Engenharia Mecatrônica, o modelo completo de todos os sistemas (elétrico, mecânico translacional, mecânico rotacional, hidráulico e flexível) foi obtido pela técnica dos grafos de ligação (Bond Graphs), de forma a ser apresentado em uma linguagem gráfica, unificada. Foram gravados e analisados os dados de ensaios para a identificação do sistema, para posterior validação do modelo analítico escrito no Espaço de Estados. Finalmente, para ressaltar, depois do uso do Princípio de Hamilton para obtenção das equações do movimento da placa e da aplicação do método dos modos assumidos, as equações obtidas são apresentadas na linguagem de grafos de ligação, por um modelo inédito de placas flexíveis, útil para projetos de sistemas de controle no Espaço de Estados. Este modelo pode ser utilizado facilmente com softwares recentes, como o "20_sim" e "CAMP/G".

Este trabalho tem como objetivo a modelagem por grafo de ligação (Bond Graph) de uma máquina de extrusão de borracha para pneumáticos e a identificação experimental dos parâmetros do modelo BG. Esta modelagem possibilita modelos contínuos no espaço de estados que podem ser convertidos para modelos contínuos em função de transferência. A metodologia de identificação de sistemas fornece modelos discretos de função de transferência que podem ser convertidos, apropriadamente, em modelos contínuos em função de transferência, sendo esses comparados com os modelos contínuos em função de transferência da modelagem BG com o objetivo de validar e melhorar a realidade do modelo teórico. O processo decorre a quente, faz-se necessário um controle da velocidade do parafuso de extrusão com referência ao tapete de resfriamento para obter o perfil de material dentro das especificações de tamanho e peso determinadas pelo departamento de qualidade do produto. Para o processo de identificação foi desenvolvido um sistema de aquisição de dados via microcomputador PC com condicionamento de sinais AD/DA e um programa de computador, em linguagem LabVIEW, o qual controla o sistema de aquisição de dados e armazena as leituras para a identificação off-line. Para o processo de identificação e validação dos modelos foram utilizadas as ferramentas de identificação de sistemas do programa de computador MATLAB.

Este trabalho é focado no modelo dinâmico de um servomecanismo hidromecânico com comando elétrico aplicado no sistema de controle de atitude de vôo do veículo lançador de satélite (VLS). No presente sistema, a tubeira é fixada ao corpo do motor por uma interface elástica permitindo movimentos angulares da tubeira em duas direções ortogonais. O movimento angular da tubeira é atuado por um servo-posicionador eletro-hidráulico com realimentação mecânica direta entre a saída do pistão e a eletroválvula bocal-palheta. A válvula bocal-palheta é atuada por um motor linear de relutância variável, controlado por um sinal elétrico enviado pelo computador de bordo de controle de vôo do foguete. Um modelo dinâmico do servo posicionador eletrohidraúlico completo é proposto nesse trabalho. Alguns parâmetros do modelo foram obtidos por processo de identificação em malha fechada no domínio do tempo, usando a abordagem indireta. Os dados para o processo de identificação foram obtidos de montagem experimental, também apresentada nesse trabalho. A validação do modelo é obtida pela comparação com a resposta do sistema real.

O presente trabalho visa simular o funcionamento de uma válvula reguladora de empuxo e uma válvula reguladora da razão de mistura de um motor foguete a propelente líquido. Para tanto, são feitos primeiramente uma explanação do funcionamento das válvulas reguladoras em questão e, posteriormente, o dimensionamento dos elementos sensíveis, como molas, fole e membrana. Através da técnica de grafos de ligação (Bond Graphs), é montado o grafo de ligação das válvulas reguladoras e realizado a simulação computacional através do software 20-Sim, que é especializado em simular grafos de ligação. Assim, com esta ferramenta de análise de controle, poderemos verificar os requisitos funcionais e operacionais das válvulas reguladoras de controle do empuxo e da razão de mistura dos propelentes.

Este trabalho propõe o desenvolvimento e estudo de um modelo matemático do sistema de alimentação do banco de teste de motores foguete a propelente líquido para corpo de prova de 15 kN de empuxo do laboratório de propulsão líquida da APE/IAE (Divisão de Propulsão Espacial/Instituto de Aeronáutica e Espaço) com o objetivo de analisar a influência de efeitos fluido dinâmicos nos principais componentes do motor, levantando resultados da dinâmica de pressão e vazão para ensaios a frio e a quente. Para tal utilizou-se a modelagem em grafos de ligação, importante ferramenta para a simulação dinâmica de sistemas independentemente do seu domínio físico. Esta metodologia é fundamentada em elementos resistivos, capacitivos e de inertância, os quais interagem entre si através de ligações de energia, transmitindo potência e energia, sendo adequada para representação de sistemas hidráulicos. Neste trabalho foi utilizado uma amostra de pressão de ensaio a frio para o corpo de prova do propulsor de 15 kN de empuxo; esta será útil para aproximação da dinâmica de pressão do modelo com a real. Com essa aproximação foi possível simular ensaios a quente para dois pares-bipropelentes, Etanol/LOX e Querosene/LOX. O desenvolvimento deste trabalho e seus resultados contribuem para o melhor conhecimento da dinâmica fluida do sistema de alimentação da bancada de teste, o que torna a ferramenta apta para análise da influência dos componentes hidráulicos e alternativa para aplicação de futuros aperfeiçoamentos do sistema real.