Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-24T22:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289285.pdf: 7905464 bytes, checksum: 02ef6a8085212a113fb4fa2f29ff378c (MD5) / Um dos fatores mais determinantes para o conforto de um passageiro de aeronave é o nível de vibração. Para estudá-lo, a realização de testes com pessoas em voo envolveria custos elevados, de onde surge a necessidade da construção de um simulador que proporcione as mesmas condições vibroacústicas de um voo real. O objetivo geral deste trabalho é projetar uma estrutura que simule vibrações de aeronaves em laboratório o mais próximo possível das encontradas em voo. Para adequar a simulação, foram considerados sistemas de excitação e medição com boas respostas em frequência na faixa de interesse, assim como um piso e um sistema de isolamento que permitiram a reprodução das condições desejadas. Foram necessárias a seleção de equipamentos, a realização de simulações numéricas para cálculo do posicionamento ideal de cada equipamento e medições com a utilização de diferentes massas e poltronas. Para o desenvolvimento do projeto, também foram realizados testes para encontrar os isoladores mais adequados e análises de acoplamento axial de vibrações. Foi desenvolvido um programa que permitiu tanto a realização da excitação em três direções simultaneamente quanto a medição nestas direções, além de um sistema digital de controle em tempo real, para adequação dos níveis de vibração com os encontrados em uma aeronave. Este sistema foi validado comparando-se as acelerações em função da frequência no piso do simulador com medições realizadas no piso da aeronave, e concluiu-se que se obteve êxito no projeto, com os resultados do simulador sendo muito próximos do desejado.

O uso de ferramentas computacionais de Engenharia tem se tornado cada vez mais freqüente e necessário. Simulações são utilizadas para prever o comportamento de uma parte ou conjunto, objetivando diminuir a necessidade de construção de protótipos e da execução de testes, e consequentemente, prazos e custos. Uma das dificuldades de uma simulação consiste na determinação dos dados de entrada. O uso de análises integradas permite que dados de saída de uma análise serviam de entrada para outra, tornando o levantamento dos mesmos mais objetivo. Sendo esses dados mais confiáveis, toda a análise se torna mais precisa, e mais etapas de protótipo podem ser eliminadas. Neste trabalho é feita a análise computacional de um Simulador de Vôo de dois graus de liberdade. Tal simulador consiste em um mecanismo que tem suas características de desempenho fixadas em termos de posições, velocidades e acelerações máximas. Modelos geométricos, de mecanismos e de estruturas são criados, de modo que uma análise integrada seja feita. São enfatizadas a importância do uso da análise de mecanismos no processo, a ligação entre as análises de mecanismos e estruturas e a necessidade de verificação da hipótese de corpo rígido utilizada. Análises de mecanismos, freqüências naturais e tensão-deformação são feitas. Observa-se que a hipótese de corpo rígido é válida, e que o mecanismo poderia ser otimizado, tomando-se especial cuidado com as regiões próximas aos acionadores. A metodologia da análise integrada de mecanismos e estruturas é levantada, sendo sua aplicabilidade em toda uma classe de mecanismos ressaltada.

Esta tese descreve a concepcao e implementacao da arquitetura de hardware e software para o simulador de voo da aeronave Tucano. Trata-se de um sistema distribuido hibrido composto de uma unidade alvo VME em tempo real, conectada a estacoesde trabalho UNIX atraves de rede Ethernet. A arquitetura do hardware de controle em tempo real é modular, evolutiva e reconfiguravel, permitindo que eventuais alteracoes possam ser facilmente implementadas. Para o desenvolvimento do software e empregada a metodologia de decomposicao funcional dos subsitemas da aeronave e a posterior transformacao em tarefas informaticas, resultando numa estrutura programacional hierarquica. Todo o processo de desenvolvimento e detalhado e os resultados atingidos sao comentados.

Este trabalho propõe uma metodologia de desenvolvimento de dois modelos dinâmicos um linear e outro não-linear de seis graus de liberdade a ser utilizado em simuladores e treinadores de vôo de helicópteros. Inicialmente são apresentados modelos para os diversos módulos de um simulador, incluindo as características físicas e os dados de ensaios em vôo dos helicópteros Bölkow BO105, AS550 Fennec e AS355-F2 Esquilo Bimotor. A simulação do modelo dinâmico proposto em ambiente Matlab/Simulink e FlightGear, a partir das derivadas de estabilidade e controle do BO105 no vôo nivelado, demonstra sua aplicabilidade e que é possível utilizar estes parâmetros como estimativas iniciais das derivadas dos helicópteros da família Esquilo. Em seguida, cada um dos elementos da metodologia quad-M, utilizada neste trabalho, são detalhadamente descritos, sendo, inclusive, proposto um novo método de otimização baseado no uso conjunto de técnicas de busca global e local por meio dos algoritmos genético e Levenberg-Marquadt. Por fim, as derivadas de estabilidade e controle acopladas e desacopladas dos modos longitudinal e látero-direcional do helicóptero AS355-F2 são determinadas por meio do método do erro de saída no domínio do tempo, após excitações de comando do tipo sinusoidal e 3-2-1-1.

Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma plataforma dedicada para a implementação de sistemas de controle longitudinal para o Boeing 747-400, utilizando diferentes topologias para a malha de controle. Inicialmente são estudados os conceitos de movimentação longitudinal para um corpo rígido, determinando o modelo aerodinâmico longitudinal completo e também os modelos aproximados para o período curto e longo de uma aeronave genérica. Usando os coeficientes de estabilidade e as derivadas longitudinais do Boeing 747-400, foram determinadas as equações dinâmicas para este avião. Conhecendo as equações dinâmicas para o Boeing 747-400 os controladores foram projetados usando duas topologias distintas de malha de controle. A malha de controle longitudinal composta por uma realimentação de taxa de arfagem é a topologia mais abordada neste trabalho. Utilizando esta abordagem foram projetados os controladores contínuos de altitude e velocidade vertical. Uma outra forma abordada para o projeto dos controladores contínuos de altitude e velocidade vertical, é feita substituindo a malha interna de taxa de arfagem por um sistema de compensação contínua, no qual será usado para estabilizar a resposta de saída da malha interna de controle do ângulo de arfagem. Os controladores contínuos projetados foram devidamente discretizados. As equações de diferença obtida no processo de discretização foram utilizadas para a implementação dos controladores no microprocessador Rabbit 2000. Os controladores digitais implementados no Rabbit 2000 são testado, verificado e validado usando o Boeing 747-400 disponível no simulador de vôo X-Plane. A interação entre o hardware dedicado e o PC portado pelo X-Plane é feita através do envio e recebimento de pacotes de dados por meio do módulo de comunicação Ethernet (TCP/IP) através do protocolo UDP (Uniform Datagram Protocol) disponíveis em ambos os sistemas. Os resultados obtidos nestes ensaios são comparados com os resultados das simulações do sistema de controle longitudinal usando os controladores projetados e as equações dinâmicas do Boeing 747-400 implementadas no MATLAB/SIMULINK.