Com o aumento da competitividade e do preço do combustível, cada vez mais os operadores de aeronaves têm procurado maneiras de reduzir o custo operacional e de manutenção para manter sua competitividade no mercado. Para suprir esta necessidade, os integradores de aeronaves e fornecedores de sistemas estão sempre buscando novas maneiras de incorporar tecnologias que ofereçam um diferencial para seus produtos. Com isto, o número de pesquisas na área de monitoramento de saúde tem crescido nos últimos anos, com o desafio de monitorar a vida de equipamentos e sistemas. Para determinar a saúde de sistemas e equipamentos, é necessário possuir dois tipos de indicação: a indicação do estado atual do equipamento e uma indicação de referência. Contudo, tal indicação de referência algumas vezes não existe ou está indisponível para estimar a degradação do equipamento. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma metodologia utilizando classificação de dados com Support Vector Machines para construir a indicação de referência, baseada em dados, para representar um modelo de degradação usando o monitoramento de saúde de sistemas aeronáuticos embarcados. Um classificador de uma única classe com Support Vector Machines é utilizado para estimar a região de operação nominal e detectar o comportamento anormal que pode indicar falhas incipientes. Tal metodologia foi aplicada a uma base de dados contendo parâmetros de performance de uma Unidade Auxiliar de Potência (APU - Auxiliary Power Unit).

No projeto dos sistemas de uma aeronave o dimensionamento correto de seus componentes e do sistema como um todo são essenciais para a competitividade do produto. No projeto do sistema elétrico, um dos parâmetros utilizados é a corrente máxima que o sistema deve ser capaz de suportar. Quando um conjunto de cargas elétricas é acionado existe um consumo de corrente muito maior que o consumo normal de operação. Esta demanda deve ser suportada pelo sistema. O acionamento das cargas em uma sequência pré-determinada reduz a exigência de corrente elétrica do sistema em relação a um acionamento desordenado, reduzindo a demanda do sistema e resultando no seu dimensionamento mais adequado. Neste trabalho é proposto um algoritmo eficiente para determinar a sequência de acionamento das cargas em um sistema elétrico que minimize a corrente máxima exigida e que obedeça a restrições na ordem do acionamento das cargas. Este algoritmo pode ser utilizado como uma ferramenta no projeto do sistema elétrico de uma aeronave. Vários testes foram realizados avaliar o desempenho do algoritmo em vários cenários de dimensão e complexidade do problema. Foram investigadas várias propostas para a geração de solução inicial e os resultados dos testes apontam que a melhor forma para gerar esta solução é uma ordenação descendente do sobrepasso das cargas.

É analisado criticamente o processo atualmente usado no dimensionamento do sistema elétrico de aeronaves, que se baseia na estimativa de carga em cada fase de operação. São identificados os requisitos de certificação e as normas que regulamentam os sistemas. São analisados os dimensionamentos dos sistemas elétricos de três aeronaves distintas e de categorias diferentes e são identificadas tecnologias que prometem auxiliar no desenvolvimento de sistemas elétricos mais eficientes. São estimadas as reduções possíveis de serem conseguidas, confirmando que o procedimento de projeto tipicamente usado resulta em sistemas sobre-dimensionados.

Este trabalho apresenta uma revisão dos problemas de qualidade de energia elétrica em que usualmente se fazem presentes em sistemas elétricos aeronáuticos, e aborda modelos para simulação de: efeitos indiretos causados pela indução eletromagnética existente devido ao acoplamento entre condutores; avaliação dos harmônicos gerados por conversores e sua propagação pelo sistema elétrico; quedas de tensão causadas por curto-circuitos e efeitos transitórios causados por chaveamento de cargas. No condicionamento das tensões e correntes foram utilizados filtros passivos, constituídos pela associação de resistores, indutores e capacitores, que são caracterizados de acordo com sua arquitetura e suas respostas em frequência. Tais filtros foram alocados a partir de uma metodologia baseada na teoria de estruturas, que considera as características da rede e suas cargas para obter a maior drenagem da(s) excitação(ões) indesejada(s) possível. Por fim, são relatadas as simulações realizadas, que ilustram a amplitude dos resultados que podem ser obtidos a partir da simulação dos transitórios eletromagnéticos e reforçam a boa performance da metodologia adotada.

O aumento da complexidade de operação dos sistemas elétricos de potência, devido ao aumento das cargas elétricas sem o correspondente aumento de investimentos, resultou na necessidade de pesquisar novos paradigmas de operação e na inclusão de novas tecnologias, objetivando melhorar a qualidade de energia fornecida aos consumidores. Esta tese apresenta uma contribuição no processo de automação de subestações, propondo uma estrutura hierárquica híbrida para a supervisão e controle dessas unidades. Esta estrutura tem como módulo principal um sistema especialista e reúne programas convencionais e programas inteligentes. A característica hierárquica da estrutura deve-se aos diversos níveis de controle propostos, onde sistemas mestre-escravo trabalham em conjunto para obter uma determinada ação operativa. A característica híbrida da estrutura reside no fato de que ela foi desenvolvida para ser aberta e acolher sistemas convencionais e sistemas inteligentes. Neste trabalho são propostos também dois programas, que atuam de maneira independente da estrutura proposta ou como módulos acoplados a ela. Estes programas chamam-se ATUATOR e PREDICTOR. O programa ATUATOR é um sistema especialista para a verificação da atuação do sistema de proteção de uma subestação derivadora. Este sistema verifica a ocorrência das atuações dos relés e chaves, determina se a mesma ocorreu de maneira correta ou se alguma anormalidade ocorreu, e cria cenários para possíveis ocorrências. Ele também pode explicar ao usuário qual foi o encaminhamento efetuado em sua análise, possibilitando que o mesmo aprenda com o sistema. O programa PREDICTOR é um sistema computacional de propósito geral, que tem a finalidade de representar um grande número de dados através de proposições condicionais difusas. Este programa foi utilizado na estrutura proposta para armazenar dados históricos da carga da subestação; entretanto, em outras circunstâncias, poderia expressar tendências ou permitir ao usuário do sistema conhecer a estrutura dos dados históricos (por exemplo, de carregamento de transformadores ou de cargas de alimentadores), bem como processar previsões a curto-prazo.

Dentre os sistemas centrais de potência, o de geração com turbinas a gás torna-se relevante pelo fato de exigir pouco espaço para suas instalações, e, ao mesmo tempo produzir potência elevada ( de 5 a 250 MW ). As variações nas possibilidades de se produzir trabalho, mas também em reduzir perdas abrem espaço para as pesquisas no sentido de aperfeiçoar a eficiência das centrais de potência. Muitas pesquisas têm se realizado nesse sentido, visando a otimização, através do uso das combinações de ciclos, apresentando-se hoje plantas acima de 2000 MW, com faixas de eficiência até 55%. O objetivo deste trabalho é mostrar como se desenvolve e como pode ser aplicada uma teoria de Redes Neurais Artificiais no dimensionamento e na operação de ciclos com turbinas a gás. A Rede Neural é um sistema fundamentado na neurociência, na matemática, na física, na ciência da computação e na engenharia e tem a propriedade de "aprender", a partir de dados de entrada, a encontrar respostas diante de novas entradas através de um conceito denominado de Generalização. O método permite analisar o fluxo de calor e trabalho nos ciclos, através da apresentação ao sistema de novas entradas. As respostas são recolhidas e comparadas entre si permitindo analisar os desempenhos. Para atingir este objetivo utiliza-se a metodologia computacional contida no programa MATLAB, referente às Redes Neurais, que permite respostas rápidas diante dessas novas entradas. Neste trabalho, após um desenvolvimento teórico, baseado em modelos criados a partir da termodinâmica, aplica-se uma formulação numérica e comparam-se os resultados obtidos através de métodos convencionais com os resultados obtidos por aplicação de redes neurais, demonstrando com esses resultados uma motivação para trabalhos futuros.

O conceito More Electric Aircraft (MEA) tem a finalidade de trazer ganhos de eficiencia para a aeronave. Os ganhos podem ser de redução dos custos de manutenção e de operação, de diminuição de peso da aeronave, menores consumo de combustível e impacto ambiental, entre outros. Esses ganhos são provenientes da substituição dos sistemas pneumáticos e hidráulicos por um sistema elétrico. O principal objetivo desse trabalho é a medição da confiabilidade de uma arquitetura MEA proposta, os outros ganhos deverão ser abordados em trabalhos futuros. Este trabalho apresenta a implementação do conceito MEA numa aeronave regional de 50 passageiros. O dimensionamento de arquitetura elétrica MEA levou em consideração como premissa básica a maturidade de cada componente e sua confiabilidade. A arquitetura elétrica MEA proposta é comparada com o sistema convencional utilizado na aeronave típica da mesma categoria. Os resultados mostram que a confiabilidade na arquitetura MEA é semelhante a da arquitetura convencional e apresentam a mesma ordem de grandeza, com exceção de um modo de falha hazardous que é introduzido na arquitetura MEA. Portanto, sob a ótica da confiabilidade, a arquitetura MEA pode ser aplicada em aeronaves de 50 passageiros.

As baterias são componentes fundamentais para o funcionamento de qualquer avião, desde a partida elétrica dos motores de propulsão até o fornecimento de energia nos casos de emergência elétrica. Portanto é importante que o projetista conheça o comportamento das baterias que poderão ser selecionadas para uso no avião nas suas várias condições de operação - temperatura ambiente, corrente de operação e profundidade de descarga. Tipicamente os fornecedores de baterias aeronáuticas, através de um software proprietário, disponibilizam as curvas de tensão da bateria no tempo assumindo que a corrente de descarga e a temperatura são constantes e que a bateria está plenamente carregada. Este trabalho mostra como as curvas de tensão da bateria disponibilizadas pelo seu fabricante podem ser usadas para gerar um modelo de descarga da bateria e como esse modelo pode ser validado. De posse desse modelo o projetista pode simular o comportamento da bateria em várias condições de operação que não são possíveis com o software fornecido pelo fabricante, como por exemplo, temperatura ambiente, corrente de descarga variáveis e bateria parcialmente carregada. Como estudo de caso este trabalho gera o modelo de descarga para uma certa bateria aeronáutica de níquel-cádmio, valida esse modelo usando as curvas fornecidas pelo fabricante e simula o comportamento dinâmico da bateria em uma emergência elétrica para diferentes tipos de carga - resistência constante, potência constante e corrente constante. Os resultados da simulação são coerentes com os resultados esperados.

Os projetos de aeronaves são realizados de modo que uma falha simples não inviabilize a continuação do voo e o subsequente pouso em segurança. Porém, muitas das falhas necessitam ser reparadas em solo para que a aeronave retorne a voar, causando impactos negativos na sua produtividade e eficiência, fatores fundamentais para que uma aeronave obtenha sucesso comercial. Neste trabalho foi realizada uma análise da confiabilidade de três sistemas elétricos de uma aeronave executiva para até nove passageiros, na condição de operação normal e na condição de despacho com um dos geradores inoperante. Foram estudados: um sistema convencional utilizado por aeronaves com comando de voo mecânico, um sistema com Ram Air Turbine - RAT utilizado por aeronaves fly-by-wire, e um sistema com Auxiliary Power Unit - APU. As condições de falha dos sistemas elétricos foram identificadas, classificadas de acordo com sua severidade e tiveram suas probabilidades de ocorrência estimadas através do método conhecido como árvore de falhas, mostrando conformidade com os requisitos mínimos de aeronavegabilidade estabelecidos pelo Regulamento Brasileiro da Aviação Civil. Para o caso da arquitetura com um gerador elétrico adicional na APU, é mostrado que a condição de despacho da aeronave com um dos geradores inoperante mantém os níveis de confiabilidade de acordo com os requisitos de aeronavegabilidade, resguardando-se pequenos impactos operacionais, porém obtendo-se um ganho em termos de produtividade e eficiência da operação da aeronave.

A evolução da aviação militar tem mostrado a necessidade cada vez maior de aumento de energia elétrica disponível para garantir o funcionamento adequado de seus equipamentos de última geração. O aumento de potência de geração elétrica utilizando as tecnologias atuais acarreta o aumento direto de peso e a diminuição do desempenho da aeronave. A necessidade de aeronaves cada vez maiores implica na necessidade de utilização de grandes geradores. Uma solução para este problema é a geração e distribuição de energia elétrica em altas potências. O uso de tensão de 270 VDC tem sido encarado como uma das alternativas mais promissoras, por trazer valiosos benefícios a aeronaves de ataque, principalmente a redução do peso da cablagem, com melhoria no desempenho. Neste trabalho é realizado o estudo da viabilidade técnica da implementação desta tecnologia em aeronaves de combate já existentes e a possível utilização em aeronaves de concepção futura. É apresentada uma análise de confiabilidade comparando a tecnologia atual e o novo sistema, além de realizado o cálculo do impacto na redução do peso do sistema elétrico. São ressaltados os benefícios agregados à nova tecnologia.