O lançamento de carga em voo a baixas alturas, também denominado manobra LAPE (Low Altitude Parachute Extraction), é uma forma de abastecer tropas em solo e populações em missões humanitárias quando o ambiente não é propício para pouso. Essa manobra é realizada muito próxima ao solo e provoca uma grande variação do centro de gravidade da aeronave, o que a expõe à instabilidade. A instabilidade conjugada com a baixa altura caracteriza essa manobra como de alto risco, exigindo muita habilidade, experiência e esforço do piloto. Diante desse contexto, nesse trabalho foram implementados sistemas de controle a fim de diminuir a carga de trabalho do piloto e o risco envolvido na manobra. O lançamento de carga em voo foi modelado considerando variações no CG e variações da massa do avião. Duas técnicas foram utilizadas para a implementação do controlador: o método LQ e o método da linha de controle robusto H? Loop Shaping. Foram realizadas análises de robustez com respeito ao desempenho e à estabilidade na malha fechada do sistema para os controladores obtidos. A análise de estabilidade se baseiou nas variações paramétricas do modelo que consiste nas variações do CG e da massa. A análise de robustez com respeito ao desempenho foi realizada utilizando as funções sensitividade e sensitividade complementar além da análise da influência do vento estocástico no sistema, representado pelo modelo de Dryden.

O transporte de carga ocupa um espaço importante no cenário de aviação civil e militar. Do ponto de vista tático, é frequente na aviação de defesa a necessidade de aeronaves capazes de movimentar cargas relativamente pequenas com agilidade a zonas de conflito ou de difícil acesso. Em casos onde o pouso não é possível ou muito arriscado, o lançamento em voo pode ser uma solução adequada, embora leve a uma situação delicada do ponto de vista do controle da aeronave uma vez que tal operação acarreta uma variação rápida e de grande magnitude de diversos parâmetros ligados à estabilidade tais como centro de gravidade e momento de inércia. Uma solução baseada em técnicas de síntese robusta é proposta para a obtenção de uma lei de controle automático que leve em conta tal variação de parâmetros e seja capaz de garantir a estabilidade da aeronave durante a operação de extração e lançamento de carga. As especificações são explicitadas na forma de funções de ponderação escolhidas de forma adequada de maneira a permitir a síntese de um controlador robusto que respeite as restrições impostas ao projeto. A solução encontrada é avaliada através de análises de estabilidade e qualidade de voo.

As manobras de extração de cargas em baixas alturas (Low Altitude Parachute Extraction System - LAPES) configuram-se num dos maiores desafios aeronáuticos do ponto de vista de controle, devido às rápidas variações de posição de centro de gravidade, momentos de inércia e peso da aeronave, associados a pequenas margens para variação da altitude. Assim, este trabalho propõe modelos que simulem as perturbações envolvidas em manobras LAPES e apresenta alternativas para o controle da aeronave, de maneira a tornar esse tipo de missão exeqüível de maneira segura e com uma carga de trabalho adequada ao piloto. É discutida a implementação do sistema de controle em dois laços: um laço interno para aumento de estabilidade e outro laço externo para o aumento de controle. Utiliza-se para o laço interno a técnica de inversão estática, com os ganhos sendo definidos através da alocação de pólos relativos ao movimento de período curto da aeronave. Para o laço externo, são analisadas duas arquiteturas de controle: comando de razão de arfagem e segurador de atitude (CRASA) e comando de variação e segurador de trajetória de voo (CVSTV). São utilizados nesse laço controladores clássicos tipo proporcional integral, com os ganhos sendo definidos através da minimização de uma função custo tipo integral do módulo do erro. Além disso, é apresentada a implementação de um sistema de piloto automático para controle da velocidade da aeronave, também utilizando um controlador tipo PI, com os ganhos definidos através da minimização de uma função custo. É discutida uma revisão na função custo utilizada, com a inserção de um fator de penalização relativo ao somatório dos ganhos dos controladores obtidos. São apresentados os resultados de simulação de diversas condições de alijamento de carga, além de simulações envolvendo todas as etapas da manobra, com a conseqüente melhora na qualidade de pilotagem para o cumprimento da missão. Para análise de desempenho no domínio da freqüência foi feita uma discussão a respeito dos requisitos que o sistema em malha aberta deve atender para apresentar: boa capacidade de rastreio, rejeição de distúrbios, atenuação de ruídos e robustez de estabilidade. A partir dessa discussão foi analisado o comportamento dos valores singulares do sistema controlado em malha aberta. Finalmente, foi feita uma análise de robustez de desempenho para a presença de rajadas verticais e uma análise de robustez de estabilidade para variações paramétricas da planta devido a incertezas na posição do CG da aeronave.