Este trabalho apresenta a modelagem e simulação de um microacelerômetro capacitivo de silício produzido pela técnica de fabricação em substrato. O princípio de funcionamento do dispositivo é apresentado, assim como, suas características geométricas oriundas do processo de microfabricação. Utilizou-se a descrição generalizada para identificar e subdividir os elementos físicos do dispositivo em termos de suas funcionalidades. Por meio dessa metodologia identificou-se o elemento sensor elástico, o elemento sensor capacitivo e o condicionamento de sinal. As modelagens analíticas estática e dinâmica dos elementos sensores são apresentadas e os modelos obtidos são simulados usando o programa Matlab/Simulink. A validade de cada modelo é discutida e os resultados obtidos são relacionados às principais especificações do dispositivo. O modelo geométrico tridimensional do microacelerômetro é simulado numericamente usando o programa COMSOL Multiphysics. Os resultados obtidos numericamente são comparados com os analíticos e mostram uma excelente concordância, validando os modelos analíticos. .

Em turbinas a gás, aumentos de potência específica e redução do consumo específico de combustível podem ser conseguidos aumentando a temperatura de entrada da turbina (TET). Altas TET podem implicar em economia significativa de combustível que se traduz em milhares de dólares por ano. Isso justifica os investimentos destinados ao desenvolvimento de novas ligas resistentes à alta temperatura e em melhores sistemas de resfriamento. Através dos anos, a TET saltou de cerca de 1200 K no início dos anos 60 para patamares mais altos como os atuais 1850 K. O resfriamento por filme é uma técnica complexa que depende da interação entre o escoamento principal mais quente e o jato de resfriamento. Um parâmetro, a eficiência de resfriamento, é utilizado como medida do quanto o jato de resfriamento é misturado ao escoamento principal variando de 1, perto do furo de resfriamento, e 0 a jusante dele. A eficiência depende de um grande número de parâmetros, sendo a maioria deles associados a topologia do jato em um escoamento cruzado. O jato ao sair de uma parede encontra o escoamento principal sendo dobrado na direção do fluxo dando origem a um par de vórtices contra-rotativos que bombeiam fluido de baixa temperatura para longe da parede arrastando fluido do escoamento principal de alta temperatura para junto dela. A maior parte das pesquisas em configurações de resfriamento concentram-se nos meios de reduzir o desenvolvimento destes vórtices contra-rotativos através do emprego de técnicas como trincheiras, furos de formato difusor, furos irmãos e esquemas antivórtice. A presente investigação é baseada em pesquisas anteriores e traz uma nova proposta de furo antivórtice. O sistema constituído por dois furos alinhados com o fluxo principal é investigado a fim de avaliar os efeitos de suas interações com a distribuição de temperatura a jusante. O desenvolvimento dos vórtices contra-rotativos no furo a montante irá alterar o campo do escoamento devido ao furo a jusante, que pode ter um efeito adverso sobre a eficiência do filme de resfriamento. Fileiras de furos são utilizadas para proporcionar um aumento do resfriamento em regiões específicas e a presente investigação aborda questões como qual será o campo do escoamento resultante, bem como a capacidade de resfriamento quando tal configuração é empregada. Ela consiste em posicionar um furo auxiliar de resfriamento a frente do furo principal com metade de sua área. A massa total de um caso de referência com um furo de resfriamento é redistribuída em diferentes combinações de proporção por ambos os furos (auxiliar e principal). Também são investigados o impacto dos ângulos de injeção dos furos de resfriamento na eficiência do filme. Simulações numéricas são efetuadas utilizando-se o programa livre baseado no método de volumes finitos OpenFOAM para resolver as equações de Navier-Stokes com médias de Favre tridimensionais juntamente com o modelo de turbulência k-? SST para fechar o sistema de equações. Os resultados mostram que o uso de um furo auxiliar de resfriamento apresentou um resultado significativo quando comparado ao caso de um único furo, indicando que a técnica pode ser muito útil quando necessita-se de uma melhor proteção em locais específicos da pá.

O mecanismo da combustão do hidrogênio foi o primeiro a ser estudado e ainda são realizados estudos visando aumento no número de reações elementares para melhor aproximação de um modelo mais realista, determinação e padronização de parâmetros físico-químicos de cada espécie ou adição de mais etapas no mecanismo reacional. O objetivo do presente trabalho foi estudar de forma sistemática o mecanismo de decomposição térmica do hidrogênio, por meio de simulação computacional. Foram levados em conta todos os parâmetros cinéticos e termodinâmicos para a realização destas simulações. Por meio de métodos de química quântica molecular, foram determinados os parâmetros cinéticos e termodinâmicos das reações elementares do mecanismo de combustão do hidrogênio. Estes resultados foram comparados com os obtidos experimentalmente por meio de simulação de queima em um reator em regime transiente. Notou-se que mudanças no valor absoluto da energia de ativação acarretaram variações significativas no comportamento global da simulação do material. Para melhor estudar o processo de queima, a evolução das reações ao longo do tempo foi detalhadamente analisada, assim como o processo de ignição do sistema; foi também realizada uma simulação bidimensional de combustão do H2 em um combustor padrão, obtendo-se assim perfis de velocidades de escoamento, temperatura, pressão e frações molares internamente à câmara.

Neste trabalho propomos um novo método para determinar a temperatura rotacional a partir de um espectro ro-vibracional quando uma única distribuição de Boltzmann é insuficiente. Esta temperatura é uma estimativa da temperatura do gás e, este parâmetro está relacionado às taxas de reações físico-químicas que ocorrem no plasma. Nosso procedimento é baseado em uma forma de estatística conceitualmente bem estabelecida que foi desenvolvida por C. Tsallis. Estudamos o Primeiro Sistema Negativo da molécula de nitrogênio e o Segundo Sistema Positivo de seu íon molecular ( que ocorrem em plasmas frios. Nossos resultados indicam que uma única distribuição de equilíbrio de Tsallis é capaz de descrever a ocupação dos níveis rotacionais dos sistemas estudados, mesmo quando classicamente são necessárias mais de uma distribuição de equilíbrio de Boltzmann. Nossos resultados mostram que a temperatura obtida por esta nova abordagem (TS) coincide com aquela escolhida como estimativa da temperatura rotacional através do método de combinação linear de distribuições de Boltzmann. Numericamente, reduzimos o número de parâmetros livres para: a temperatura do sistema TS e o parâmetro entrópico q. Conceitualmente atribuímos apenas uma temperatura aos sistemas estudados. Esta nova forma de interpretar a ocupação dos níveis rotacionais, baseada na estatística não extensiva de Tsallis, pode ser usada em outros tipos de moléculas, o que facilitaria a estimativa da temperatura em outros tipos de plasmas frios moleculares.

A utilização de softwares computacionais para análises de engenharia é comum. A redução de custos de projeto e a hodierna facilidade de se conseguir computadores com razoável capacidade de cálculo são fatores que incentivam a pesquisa na área de simuladores. Os estudos na área de geração de energia necessitam de uma análise termodinâmica e cinética acurada, o que envolve também aspectos relacionados às limitações da representação numérica computacional. Nesta dissertação, faz-se uma apresentação do desenvolvimento de um software computacional com a finalidade de simular um reator de ordem zero, ou seja, desconsiderando as dimensões espaciais. Utilizando-se de dados de entrada termodinâmicos e cinéticos, o programa é capaz de apresentar resultados como variações de pressão, temperatura e a potência máxima associada ao processo de geração energética. Este seria um primeiro passo para um projeto de desenvolvimento de simuladores de motores-foguete, turbinas e geradores de energia de um, dois e três dimensões no espaço.

This work covers the development of a nonlinear, adaptive control system for payload extraction operations. Load extractions are a critical type of maneuver which could make the longitudinal flight dynamics unstable. The online adaptation control strategy seems adequate for the problem, since it can deal with the drift in the plant parameters caused by the movement of the load inside the aircraft. The effects of a continuously varying C.G. position on the longitudinal flight dynamics are modeled in detail. The controller proposed consists on applying the technique of nonlinear inversion coupled with a model reference adaptive controller to deal with the unmodeled/unknown dynamics. The dynamic system considered for the control problem consists of the modeled aircraft dynamics augmented by the unknown parameters - whose dynamics are controlled by the chosen adaptation laws. The demonstration of stability for the complete system is done via Lyapunov';s stability theorem for nonlinear dynamic systems. A suitable Lyapunov Function Candidate used for such a demonstration is proposed in this work. Simulation results are presented and discussed based on the theory and on comparison with other control methods performance when applied to the same problem.

The unmanned aerial vehicles (UAVs) has grown in military and civilian areas of application. Several industries (automotive, military, factories, space, etc.) use robots for dangerous and repetitive tasks. This work is dedicated to a special type of aerial platforms which has grown considerably in recent years, the quadricopter. These UAVs that has been highlighted by having ight characteristics and construction only, for example, hovering flight, vertical takeoff and landing, high maneuverability, low speed flight, and simple mechanics. This work proposes a tool for simulation and visualization of an aerial air-type quadricopter robots, using the flight simulator X-Plane 9, Matlab and Simulink. The aircraft under study is the so-called ITA-001, developed by the quadricopter study group the Aeronautical Institute of Technology. Started up by modeling quadricopter ITA-001 in flight simulator X-Plane, then this simulator has been interfaced with Simulink platform to build a computational simulation platform that meets to the requirements of research and educational group study quadricopter ITA.

O Veículo Lançador de Satélites, desenvolvido atualmente no Brasil, necessita que suas partes sejam integradas em uma unidade especializada do centro de lançamento que é denominada Torre Móvel de Integração. Na estrutura dessa torre são instalados os seguintes equipamentos: ponte rolante, elevador, plataformas de trabalho (fixas e móveis), portas, truques para movimentação e outros equipamentos que auxiliam especialmente a execução das tarefas de integração, testes e lançamento desse veículo. O atendimento dos procedimentos previstos nessas tarefas expõe seus realizadores aos riscos inerentes do setor espacial, configurando uma situação na qual é estratégico para o aumento da segurança que cada um dos mencionados equipamentos seja submetido a um conjunto de testes operacionais, antes da sua efetiva utilização pelo sistema de controle principal da referida torre. Nesse contexto, este trabalho apresenta o modelo elaborado para representar uma proposta de algoritmo destinado ao autoteste dos sensores e atuadores utilizados pelos principais equipamentos previstos na torre de integração do aludido veículo, por meio das Redes de Petri. São realizadas simulações computacionais nesse modelo, com a meta de avaliar as propriedades de desempenho da Rede de Petri que estão relacionadas principalmente com a conservação, a vivacidade e os conflitos do tipo confusão e mortal. Os resultados positivos obtidos nessas simulações indicam que o algoritmo proposto será capaz de detectar não-conformidades durante a execução do autoteste nos equipamentos previstos na mencionada torre.

Este trabalho se propõe a apresentar um estudo sobre duas abordagens para a compensação das dispersões propulsivas de um lançador de satélites através do sistema de controle de atitude, mais especificamente para o Veículo Lançador de Satélites Brasileiro, VLS. Primeiramente, é proposto que se realize uma correção de atitude pela realimentação da diferença da velocidade aparente (não-gravitacional) na atitude de referência, gerando assim um ângulo de atitude em função da velocidade. A outra proposta de correção, diz respeito à criação de uma tabela da atitude pré-programada baseada na atitude de referência em função da velocidade aparente. Para a implementação destas técnicas, utilizou-se um software para simulações que cria vários cenários de voo para o VLS, o ADAGA. Este software está "habilitado" ao Estudo de Monte Carlo (EMC) para criar efeitos dispersivos observados durante um voo real, como dispersões no arrasto e na propulsão. Estas estratégias de controle objetivam tornar o foguete menos sensível às dispersões de empuxo e às influências da fase atmosférica, diminuindo as dispersões no decorrer da trajetória e nas dispersões da quantidade de acertos em órbita.

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.