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Ajuste do modelo matemático de uma aeronave com sistema de aumento de estabilidade com base em ensaios em túnel de vento / Adjustment of an aircraft mathematical model with stability augmentation system based on wind tunnel analysis

Wellington da Silva Mattos 03 August 2007 (has links)
O presente trabalho descreve a aplicação de um método de ajuste de modelo, com base em resultados experimentais obtidos em túnel de vento, a uma aeronave com sistema de aumento de estabilidade longitudinal (LSAS). O estudo inclui uma revisão de métodos para ajuste de modelos, o desenvolvimento do modelo matemático da aeronave e uma descrição dos ensaios em túnel de vento da aeronave com o LSAS. O sistema automático de controle é composto de (1) um sistema de aquisição de dados, que processa o sinal do sensor e envia um sinal de comando para o atuador; (2) um potenciômetro, usado como sensor de ângulo de arfagem; e (3) um servo motor, usado como atuador do canard. O modelo de aeronave é baseado no Grumman X-29, que tem asa de enflechamento negativo e canard. Sua margem de estabilidade estática pode ser ajustada mudando a posição do centro de rotação que, por sua vez, coincide com a posição do centro de gravidade da aeronave através de balanceamento do peso. O ajuste do modelo matemático do avião é conduzido, no ambiente Matlab/Simulink, com a modificação dos parâmetros das derivadas de estabilidade da aeronave, do filtro digital e da dinâmica do sensor e do atuador. O objetivo é obter uma correlação ótima entre resultados teóricos e experimentais. O método da análise da sensibilidade paramétrica é escolhido para o ajuste do modelo. Numa primeira fase do estudo, a comparação entre resultados experimentais e numéricos é feita com base nas freqüências e razões de amortecimento da variação do ângulo de arfagem em resposta a uma entrada do tipo impulso de deflexão do canard. Numa segunda fase a comparação é baseada diretamente na resposta no tempo do ângulo de arfagem numérico e experimental para a mesma entrada impulso do canard. Três posições do centro de gravidade são analisadas, uma em que a aeronave é estaticamente estável e duas em que ela é instável. Os resultados mostram grande variação dos parâmetros ajustados indicando a necessidade de aperfeiçoamento na implementação da metodologia utilizada. / The present work describes the application of a model updating method, based on experimental wind tunnel data to an aircraft longitudinal stability augmentation system (LSAS). The study includes a revision of model updating methods, the development of the aircraft mathematical model and the description of a previously conducted, aircraft LSAS wind tunnel testing. The LSAS is comprised by (1) a data acquisition system, which processes the sensor signal and sends the control command to the actuator; (2) a potentiometer, used as a pitch angle sensor; and (3) a servo motor, used to actuate canard deflection. The aircraft model is based on the Grumman X-29, which has canard and forward swept wing. Its static stability margin can be adjusted by changing the center of rotation position which, in turn, coincides with the aircraft center of gravity position through weight balance. The airplane mathematical model updating is carried out, in the Matlab/Simulink environment, by adjusting model parameters for aircraft stability derivatives, digital filter, sensor and servo dynamics. The objective is to obtain an optimal correlation between numerical and experimental results. The parametric sensitivity analysis method is chosen for model updating. In a first phase of the study the comparison between theoretical and experimental results is based on frequencies and damping ratios for aircraft pitch angle response to an impulse canard deflection input. In a second phase the comparison is based directly on experimental and numerical pitch angle time response to the same impulse canard deflection input. Three center of gravity positions are analyzed, one for which the aircraft is statically stable and two for which it is unstable. Results show large variations among adjusted parameters indicating the need for improvements in the implementation of the adopted methodology.
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Ajuste do modelo matemático de uma aeronave com sistema de aumento de estabilidade com base em ensaios em túnel de vento / Adjustment of an aircraft mathematical model with stability augmentation system based on wind tunnel analysis

Mattos, Wellington da Silva 03 August 2007 (has links)
O presente trabalho descreve a aplicação de um método de ajuste de modelo, com base em resultados experimentais obtidos em túnel de vento, a uma aeronave com sistema de aumento de estabilidade longitudinal (LSAS). O estudo inclui uma revisão de métodos para ajuste de modelos, o desenvolvimento do modelo matemático da aeronave e uma descrição dos ensaios em túnel de vento da aeronave com o LSAS. O sistema automático de controle é composto de (1) um sistema de aquisição de dados, que processa o sinal do sensor e envia um sinal de comando para o atuador; (2) um potenciômetro, usado como sensor de ângulo de arfagem; e (3) um servo motor, usado como atuador do canard. O modelo de aeronave é baseado no Grumman X-29, que tem asa de enflechamento negativo e canard. Sua margem de estabilidade estática pode ser ajustada mudando a posição do centro de rotação que, por sua vez, coincide com a posição do centro de gravidade da aeronave através de balanceamento do peso. O ajuste do modelo matemático do avião é conduzido, no ambiente Matlab/Simulink, com a modificação dos parâmetros das derivadas de estabilidade da aeronave, do filtro digital e da dinâmica do sensor e do atuador. O objetivo é obter uma correlação ótima entre resultados teóricos e experimentais. O método da análise da sensibilidade paramétrica é escolhido para o ajuste do modelo. Numa primeira fase do estudo, a comparação entre resultados experimentais e numéricos é feita com base nas freqüências e razões de amortecimento da variação do ângulo de arfagem em resposta a uma entrada do tipo impulso de deflexão do canard. Numa segunda fase a comparação é baseada diretamente na resposta no tempo do ângulo de arfagem numérico e experimental para a mesma entrada impulso do canard. Três posições do centro de gravidade são analisadas, uma em que a aeronave é estaticamente estável e duas em que ela é instável. Os resultados mostram grande variação dos parâmetros ajustados indicando a necessidade de aperfeiçoamento na implementação da metodologia utilizada. / The present work describes the application of a model updating method, based on experimental wind tunnel data to an aircraft longitudinal stability augmentation system (LSAS). The study includes a revision of model updating methods, the development of the aircraft mathematical model and the description of a previously conducted, aircraft LSAS wind tunnel testing. The LSAS is comprised by (1) a data acquisition system, which processes the sensor signal and sends the control command to the actuator; (2) a potentiometer, used as a pitch angle sensor; and (3) a servo motor, used to actuate canard deflection. The aircraft model is based on the Grumman X-29, which has canard and forward swept wing. Its static stability margin can be adjusted by changing the center of rotation position which, in turn, coincides with the aircraft center of gravity position through weight balance. The airplane mathematical model updating is carried out, in the Matlab/Simulink environment, by adjusting model parameters for aircraft stability derivatives, digital filter, sensor and servo dynamics. The objective is to obtain an optimal correlation between numerical and experimental results. The parametric sensitivity analysis method is chosen for model updating. In a first phase of the study the comparison between theoretical and experimental results is based on frequencies and damping ratios for aircraft pitch angle response to an impulse canard deflection input. In a second phase the comparison is based directly on experimental and numerical pitch angle time response to the same impulse canard deflection input. Three center of gravity positions are analyzed, one for which the aircraft is statically stable and two for which it is unstable. Results show large variations among adjusted parameters indicating the need for improvements in the implementation of the adopted methodology.
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Desenvolvimento de um sistema de aumento de estabilidade longitudinal de uma aeronave com enflechamento negativo e canard, com ensaios em túnel de vento / Development of a longitudinal stability augmentation system of a forward swept wing and canard airplane, with wind tunnel testing

Natanael de Carvalho Pereira 19 August 2005 (has links)
As pesquisas modernas em aeronáutica envolvem a expansão dos envelopes de vôo, como resultado do desejo de melhorar a manobrabilidade e controlabilidade em operações táticas, e melhorar a segurança do vôo. Esses objetivos podem ser alcançados através do desenvolvimento de sistemas automáticos de controle de vôo. Os sistemas de controle aplicados a aeronaves podem ser desenvolvidos e simulados através de métodos computacionais. No entanto, existem imperfeições na simulação computacional por não se conseguir reproduzir algumas características do vôo real ou devido a simplificações no modelo matemático da aeronave. Desta forma, a construção de um modelo físico de uma aeronave em escala reduzida e a implementação de um controlador a este modelo, torna-se uma ferramenta bastante importante para validar resultados teóricos e métodos computacionais. Os custos associados a estes testes são geralmente muito menores que aqueles dos ensaios em vôo e com maior flexibilidade de instrumentação. Este trabalho descreve a construção de um modelo de aeronave, baseado no X-29, o desenvolvimento de um mecanismo de fixação do modelo ao túnel de vento, tipo rótula, e a implementação de um sistema de aumento de estabilidade longitudinal, através de um sistema de controle automático. O modelo físico possui uma configuração de asa com enflechamento negativo e canard, e que tende a ser inerentemente instável, sendo necessário o auxílio de um sistema de aumento de estabilidade. Testes de estabilidade dinâmica em arfagem foram realizados no túnel de vento em diferentes posições do centro de gravidade. Os parâmetros de estabilidade foram registrados e analisados através de uma curva de ajuste exponencial. / Modern aeronautical research involves flight envelope expansion as the result of a desire for improvement in tactical operation handling qualities and improvement in flight safety. These objectives can be achieved through the development of automatic flight control systems. Aircraft flight control systems can be developed and simulated through computational methods. However, there are imperfections in the computational simulation of flight dynamics due to the difficulty in reproducing real flight conditions or due simplifications in the aircraft mathematical model. The construction of a reduced scale physical aircraft model and the implementation of a controller is a very valuable tool to validate theoretical results and computational methods. The costs associated with these tests are usually much smaller than those associated with full scale flight testing and may offer greater flexibility for instrumentation. The present work describes the construction of an airplane model, based on the X-29, the development of a wind tunnel gimbal type support and the implementation of a longitudinal stability augmentation system using automatic flight control. The model configuration has forward swept wings and canard with a tendency to be inherently unstable and, thus, requiring a stability augmentation system. Pitching dynamic stability tests where conducted in a wind tunnel in different center of gravity positions. Stability parameters were acquired and analyzed by exponential fit curve.
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Desenvolvimento de um sistema de aumento de estabilidade longitudinal de uma aeronave com enflechamento negativo e canard, com ensaios em túnel de vento / Development of a longitudinal stability augmentation system of a forward swept wing and canard airplane, with wind tunnel testing

Pereira, Natanael de Carvalho 19 August 2005 (has links)
As pesquisas modernas em aeronáutica envolvem a expansão dos envelopes de vôo, como resultado do desejo de melhorar a manobrabilidade e controlabilidade em operações táticas, e melhorar a segurança do vôo. Esses objetivos podem ser alcançados através do desenvolvimento de sistemas automáticos de controle de vôo. Os sistemas de controle aplicados a aeronaves podem ser desenvolvidos e simulados através de métodos computacionais. No entanto, existem imperfeições na simulação computacional por não se conseguir reproduzir algumas características do vôo real ou devido a simplificações no modelo matemático da aeronave. Desta forma, a construção de um modelo físico de uma aeronave em escala reduzida e a implementação de um controlador a este modelo, torna-se uma ferramenta bastante importante para validar resultados teóricos e métodos computacionais. Os custos associados a estes testes são geralmente muito menores que aqueles dos ensaios em vôo e com maior flexibilidade de instrumentação. Este trabalho descreve a construção de um modelo de aeronave, baseado no X-29, o desenvolvimento de um mecanismo de fixação do modelo ao túnel de vento, tipo rótula, e a implementação de um sistema de aumento de estabilidade longitudinal, através de um sistema de controle automático. O modelo físico possui uma configuração de asa com enflechamento negativo e canard, e que tende a ser inerentemente instável, sendo necessário o auxílio de um sistema de aumento de estabilidade. Testes de estabilidade dinâmica em arfagem foram realizados no túnel de vento em diferentes posições do centro de gravidade. Os parâmetros de estabilidade foram registrados e analisados através de uma curva de ajuste exponencial. / Modern aeronautical research involves flight envelope expansion as the result of a desire for improvement in tactical operation handling qualities and improvement in flight safety. These objectives can be achieved through the development of automatic flight control systems. Aircraft flight control systems can be developed and simulated through computational methods. However, there are imperfections in the computational simulation of flight dynamics due to the difficulty in reproducing real flight conditions or due simplifications in the aircraft mathematical model. The construction of a reduced scale physical aircraft model and the implementation of a controller is a very valuable tool to validate theoretical results and computational methods. The costs associated with these tests are usually much smaller than those associated with full scale flight testing and may offer greater flexibility for instrumentation. The present work describes the construction of an airplane model, based on the X-29, the development of a wind tunnel gimbal type support and the implementation of a longitudinal stability augmentation system using automatic flight control. The model configuration has forward swept wings and canard with a tendency to be inherently unstable and, thus, requiring a stability augmentation system. Pitching dynamic stability tests where conducted in a wind tunnel in different center of gravity positions. Stability parameters were acquired and analyzed by exponential fit curve.

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