O objetivo deste trabalho é aplicar e testar um procedimento para determinar um conjunto de parâmetros de projeto de uma aeronave de transporte concebida para vôo subsônico, otimizados com relação a um dado critério de desempenho. A fase de projeto conceitual é, em muitos casos, realizada essencialmente de forma "manual" e a qualidade da configuração resultante depende, de maneira acentuada, da experiência da equipe de projeto. É proposto um procedimento de otimização que auxilie a equipe de projeto a obter a melhor configuração através da minimização de uma combinação linear de medidas de desempenho da aeronave associadas á etapa origem-destino dentro de uma missão típica. Paraisso, foram selecionados e implementados modelos para estimar o desempenho da aeronave. Os modelos de desempenho com dois graus de liberdade, empregados para simular as fases de subida, cruzeiro e descida, foram utilizados para determinar o consumo de combustível e o tempo gasto para realizar uma missão típica. Modelos empíricos, utilizados para calcular os comprimentos de pista de decolagem e de pouso, foram considerados como vínculos de otimização. Visando a calcular o arrasto da aeronave com precisão, um modelo detalhado foi escolhido devido à sua capacidade de lidar com variações de parâmetros geométricos e aerodinâmicos. Métodos empíricos são urilizados a fim de corrigir o peso vazio da aeronave devido à mudanças nas variáveis de projeto. Os seguintes perâmetros relacionados à asa foram selecionados como variáveis de decisão no processo de otimização: área, alongamento, afilamento, espessura relativa e ângulo de enflechamento. Um fator de escala foi usado como variável de projeto a fim de levar em conta mudanças de tração máxima do motor. O problema de otimização matemática resultante é resolvido por um código comercial que utiliza um método gradiente. Os resultados apresentados evidenciam uma redução apreciável da função objetivo através da otimização dos parâmetros de projeto e trajetória. Além disso, são apresentadas algumas comparações entre configurações óptimas obtidas utilizando diferentes critérios.

Os simuladores de vôo têm sido uma importante ferramenta para treinamento de pilotos e análise de vôo sem ter que se desembolsar grandes quantias monetárias, economizando combustível e evitando acidentes. Conseqüentemente, a demanda por simuladores de vôo tem aumentado tanto na indústria quanto na pesquisa. Com o intuito de futuramente construir um simulador de vôo, foi desenvolvido um projeto para elaboração de um software capaz de simular uma aeronave em vôo, do ponto de vista de dinâmica de vôo. O software SIMAERO foi desenvolvido na linguagem de programação C++ e simula a dinâmica de vôo de uma aeronave. Esta simulação consiste em resolver as equações de movimento da aeronave, utilizando o modelo matemático de equações diferenciais ordinárias proposto por ETKIN & REID, et al (1996). O modelo matemático é solucionado através do método de integração numérica Runge-Kutta de 4ª ordem conforme apresentado em CONTE (1977). Como parâmetros de entrada são informadas as seguintes características da aeronave: dados geométricos, dados aerodinâmicos e derivadas de estabilidade. Os resultados das simulações são apresentados em gráficos cartesianos e gravados em arquivos. Os gráficos são úteis para que possa ser feita uma posterior análise do comportamento da aeronave. Os arquivos gravados com os resultados das simulações podem ser utilizados em alguma aplicação futura, como sinas de entrada para uma plataforma de simulação, por exemplo. Neste trabalho será descrito como o SIMAERO foi desenvolvido e ao final serão apresentados alguns resultados obtidos. / Flight simulators have been an important tool for pilots training and for flight analyses, without having to spend a high quantity of money, saving gas and prevent accidents. Because of this, the demand for flight simulators has increased both in industry and in research centers. With the objective of in future build a flight simulator, a project to develop a software that is able to simulate the dynamics of flight of a flying aircraft was developed. The SIMAERO software was developed using C++ and its principal functionality is to simulate the dynamics of flight of an aircraft. This simulation basically is the solution of the system of motion equations of the aircraft, using the mathematical model described by ETKIN & REID, et al (1996). The mathematical model is solved using the 4th order Runge-Kutta numeric integration method, as presented in CONTE (1977). For the simulation, the geometric data, the aerodynamic data, and the dimensional derivates are passed to the software as input arguments. The results of the simulations are displayed as cartesians graphics and recorded as data files. The graphics are useful for visual analyses of the aircraft behavior, and the file, with the results of the simulation, can be used as input data for ground based simulator, for example. In this work, the development of the software SIMAERO will be presented, and then some results of the simulation of one aircraft will be shown.

A área de dinâmica de aeronaves atingiu um alto nível de desenvolvimento e devido à crescente disponibilidade de computadores cada vez mais rápidos e com maior capacidade de processamento; a aplicação de técnicas numéricas de identificação nesta área também teve grande avanço. Este trabalho apresenta uma metodologia para predição de respostas de aeronaves dentro de envelopes de vôo pré-estabelecidos usando redes neurais recorrentes e uma metodologia para estimação das suas derivadas aerodinâmicas usando redes neurais feedforward. Para obter os conjuntos de dados para treinar as redes neurais, foi implementado um modelo não linear de dinâmica de vôo e simulado o comportamento de uma aeronave de combate em nove pontos de um envelope de vôo. Foram usadas as respostas simuladas correspondentes a quatro pontos para treinar a rede neural e depois disto, esta capturou satisfatoriamente a dinâmica da aeronave, identificando com grande sucesso as respostas do movimento longitudinal da aeronave por todo o envelope de vôo considerado. Após a simulação e identificação das respostas da aeronave dentro do envelope de vôo, é apresentada a resolução do problema inverso, ou seja, usando velocidades escalares e angulares da aeronave juntamente com seus dados geométricos como entradas para a rede neural feedforward, é obtido um modelo neural estimador de derivadas aerodinâmicas. Para mostrar a capacidade deste modelo neural estimador, este é aplicado na estimação das derivadas da aeronave simulada e também aplicado na estimação das derivadas aerodinâmicas da aeronave militar a jato Xavante AT-26 da Força Aérea Brasileira. Estas metodologias propostas reduzem custo de obtenção das derivadas aerodinâmicas e mostram a eficácia das redes neurais em estimar as respostas de aeronaves dentre de um envelope de vôo pré-definido. / The area of aircraft dynamics has reached a high level of development and due to the increasing availability of computers continuously faster and with bigger processing capacity, the application of numerical identification techniques in this area also had great advance. This work presents two methodologies, one for prediction of aircraft responses within a pre-established flight envelope using recurrent neural networks and another one for estimation of its aerodynamic derivatives using feedforward neural networks. To get data sets to train the neural networks, a combat aircraft flight dynamics non-linear model was implemented and simulated in nine points of the flight envelope to obtain its behavior. The simulated responses corresponding to a four points of the flight envelope were used to train the neural network and after that, it was possible to verify that this net satisfactorily captured the dynamics of the aircraft, identifying with great success the longitudinal motion responses of the aircraft at all the considered flight envelope positions. After the simulation and identification of the aircraft responses inside the flight envelope, the solution of the inverse problem is presented, i.e., using scalar and angular aircraft velocities together with its geometric data as input to the feedforward neural network, a neural estimator model of aerodynamic derivatives is obtained. In order to show the capacity of this neural estimator model, this model is applied to the estimation of the derivatives of the simulated aircraft as well as to the estimation of the aerodynamic derivatives of a brazilian air force military jet aircraft, the Xavante AT-26. These proposed methodologies reduce the cost of obtaining the aerodynamic derivatives and show the estimation effectiveness of the neural networks to estimate the responses of an aircraft inside a pre-defined flight envelope.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-03-20T16:41:52Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 225271 bytes, checksum: 098632650fd548d60ac8fa531fc34455 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-20T16:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 225271 bytes, checksum: 098632650fd548d60ac8fa531fc34455 (MD5) Previous issue date: 2002-02-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Com o objetivo de melhor compreender a fenologia de vôo nupcial noturno e fazer inferências sobre o uso de armadilha luminosa para estudo de comunidade de Formicidae, foram realizadas coletas com armadilha luminosa e Funil de Berlese na Mata Córrego do Paraíso, Viçosa – Minas Gerais, entre os anos de 1981 a 1998. No período, foram amostrados com armadilha luminosa 29.871 indivíduos alados, distribuídos em 7 subfamílias, 19 tribos, 38 gêneros e 157 espécies. Formigas da subfamília Ecitoninae apresentaram vôos com sazonalidade bem marcada, no entanto, com um período de vôo maior que o observado em estudos similares em regiões de clima temperado. Correlações entre o número de indivíduos e variáveis climáticas foram avaliadas. Os resultados indicam que temperatura tem papel mais importante que a precipitação pluviométrica para realização dos vôos dos Ecitoninae. Por outro lado, quando consideradas as demais subfamílias, os vôos apresentaram baixa sazonalidade, confirmando a hipótese de que em regiões tropicais a estabilidade climática favorece o longo período de vôo. Dentre os fatores abióticos avaliados, a temperatura e a precipitação parecem regular o período de vôo. O sincronismo dos vôos foi testado através da análise de agrupamento e os resultados indicaram baixo sincronismo. A comparação da composição das faunas amostradas com armadilha luminosa e Funil de Berlese mostrou diferença considerável, sendo que a armadilha luminosa parece ser pouco eficiente para amostrar formigas da serapilheira. Uma análise mensal da riqueza de espécies coletadas com armadilha luminosa foi realizada e os resultados apontam que coletas realizadas entre os meses de novembro a fevereiro permitem avaliar mais rapidamente a diversidade local das espécies. / An experiment was carried out using light trap and Berlese funnel in the Mata Córrego do Paraíso, Viçosa – Minas Gerais, from 1981 to 1998 with the aim of better understanding the phenology of nocturnal mating flight in ant community and inferring on the use of light trap for the study of such community. A total of 29,871 alate individuals, distributed in 7 subfamilies, 19 tribes, 39 genera and 158 species was captured with the light trap. Ants of the subfamily Ecitoninae exhibited nuptial flights with, however, flight duration period greater than those observed in similar studies of a temperate climate. Correlations between the number of individuals and climatic variables were evaluated; the results indicated that temperature plays a more important role than rainfall among the Ecitoninae. On the other hand, the nupcial flights of individuals of all other subfamilies showed low seasonality, thus confirming the hypothesis that, in tropical regions, climatic stability favors longer periods of nuptial flights. Among the abiotic factors evaluated, temperature and rainfall seem to regulate flight period. Flight synchronism was tested performing cluster analysis; the results indicated low synchronism. Comparison of fauna composition as sampled by light and Berlese funnels showed considerable differences, the light trap being less efficient to sample leaf-litter ants. A monthly analysis of richness of species collected by light traps indicated that collections conducted between November and February allow a faster evaluation of the local species diversity.

Os simuladores de vôo têm sido uma importante ferramenta para treinamento de pilotos e análise de vôo sem ter que se desembolsar grandes quantias monetárias, economizando combustível e evitando acidentes. Conseqüentemente, a demanda por simuladores de vôo tem aumentado tanto na indústria quanto na pesquisa. Com o intuito de futuramente construir um simulador de vôo, foi desenvolvido um projeto para elaboração de um software capaz de simular uma aeronave em vôo, do ponto de vista de dinâmica de vôo. O software SIMAERO foi desenvolvido na linguagem de programação C++ e simula a dinâmica de vôo de uma aeronave. Esta simulação consiste em resolver as equações de movimento da aeronave, utilizando o modelo matemático de equações diferenciais ordinárias proposto por ETKIN & REID, et al (1996). O modelo matemático é solucionado através do método de integração numérica Runge-Kutta de 4ª ordem conforme apresentado em CONTE (1977). Como parâmetros de entrada são informadas as seguintes características da aeronave: dados geométricos, dados aerodinâmicos e derivadas de estabilidade. Os resultados das simulações são apresentados em gráficos cartesianos e gravados em arquivos. Os gráficos são úteis para que possa ser feita uma posterior análise do comportamento da aeronave. Os arquivos gravados com os resultados das simulações podem ser utilizados em alguma aplicação futura, como sinas de entrada para uma plataforma de simulação, por exemplo. Neste trabalho será descrito como o SIMAERO foi desenvolvido e ao final serão apresentados alguns resultados obtidos. / Flight simulators have been an important tool for pilots training and for flight analyses, without having to spend a high quantity of money, saving gas and prevent accidents. Because of this, the demand for flight simulators has increased both in industry and in research centers. With the objective of in future build a flight simulator, a project to develop a software that is able to simulate the dynamics of flight of a flying aircraft was developed. The SIMAERO software was developed using C++ and its principal functionality is to simulate the dynamics of flight of an aircraft. This simulation basically is the solution of the system of motion equations of the aircraft, using the mathematical model described by ETKIN & REID, et al (1996). The mathematical model is solved using the 4th order Runge-Kutta numeric integration method, as presented in CONTE (1977). For the simulation, the geometric data, the aerodynamic data, and the dimensional derivates are passed to the software as input arguments. The results of the simulations are displayed as cartesians graphics and recorded as data files. The graphics are useful for visual analyses of the aircraft behavior, and the file, with the results of the simulation, can be used as input data for ground based simulator, for example. In this work, the development of the software SIMAERO will be presented, and then some results of the simulation of one aircraft will be shown.

A área de dinâmica de aeronaves atingiu um alto nível de desenvolvimento e devido à crescente disponibilidade de computadores cada vez mais rápidos e com maior capacidade de processamento; a aplicação de técnicas numéricas de identificação nesta área também teve grande avanço. Este trabalho apresenta uma metodologia para predição de respostas de aeronaves dentro de envelopes de vôo pré-estabelecidos usando redes neurais recorrentes e uma metodologia para estimação das suas derivadas aerodinâmicas usando redes neurais feedforward. Para obter os conjuntos de dados para treinar as redes neurais, foi implementado um modelo não linear de dinâmica de vôo e simulado o comportamento de uma aeronave de combate em nove pontos de um envelope de vôo. Foram usadas as respostas simuladas correspondentes a quatro pontos para treinar a rede neural e depois disto, esta capturou satisfatoriamente a dinâmica da aeronave, identificando com grande sucesso as respostas do movimento longitudinal da aeronave por todo o envelope de vôo considerado. Após a simulação e identificação das respostas da aeronave dentro do envelope de vôo, é apresentada a resolução do problema inverso, ou seja, usando velocidades escalares e angulares da aeronave juntamente com seus dados geométricos como entradas para a rede neural feedforward, é obtido um modelo neural estimador de derivadas aerodinâmicas. Para mostrar a capacidade deste modelo neural estimador, este é aplicado na estimação das derivadas da aeronave simulada e também aplicado na estimação das derivadas aerodinâmicas da aeronave militar a jato Xavante AT-26 da Força Aérea Brasileira. Estas metodologias propostas reduzem custo de obtenção das derivadas aerodinâmicas e mostram a eficácia das redes neurais em estimar as respostas de aeronaves dentre de um envelope de vôo pré-definido. / The area of aircraft dynamics has reached a high level of development and due to the increasing availability of computers continuously faster and with bigger processing capacity, the application of numerical identification techniques in this area also had great advance. This work presents two methodologies, one for prediction of aircraft responses within a pre-established flight envelope using recurrent neural networks and another one for estimation of its aerodynamic derivatives using feedforward neural networks. To get data sets to train the neural networks, a combat aircraft flight dynamics non-linear model was implemented and simulated in nine points of the flight envelope to obtain its behavior. The simulated responses corresponding to a four points of the flight envelope were used to train the neural network and after that, it was possible to verify that this net satisfactorily captured the dynamics of the aircraft, identifying with great success the longitudinal motion responses of the aircraft at all the considered flight envelope positions. After the simulation and identification of the aircraft responses inside the flight envelope, the solution of the inverse problem is presented, i.e., using scalar and angular aircraft velocities together with its geometric data as input to the feedforward neural network, a neural estimator model of aerodynamic derivatives is obtained. In order to show the capacity of this neural estimator model, this model is applied to the estimation of the derivatives of the simulated aircraft as well as to the estimation of the aerodynamic derivatives of a brazilian air force military jet aircraft, the Xavante AT-26. These proposed methodologies reduce the cost of obtaining the aerodynamic derivatives and show the estimation effectiveness of the neural networks to estimate the responses of an aircraft inside a pre-defined flight envelope.

Esta dissertação tem como objetivo estudar a viabilidade de adaptação de uma aeronave civil já existente para exercer a função de avião tanque, fazendo as menores modificações possíveis, para que se tenha então um projeto simples, eficiente e de custo relativamente baixo. Para cumprir com o objetivo acima, primeiramente serão estudados a evolução da operação de reabastecimento em vôo e os tipos de equipamentos disponíveis atualmente no mercado. Posteriormente serão analisadas as frotas mundiais de aviões capazes de receber combustível em vôo e de aeronaves tanque com suas respectivas especificações técnicas, enfatizando em seguida as aeronaves utilizadas pela Força Aérea Brasileira. De posse desses dados, será feita uma comparação entre as performances e os custos das opções brasileiras e estrangeiras, para selecionar o avião nacional mais apropriado para o projeto, seguindo as necessidades da FAB e do mercado mundial, e para estabelecer as modificações necessárias para adaptar o equipamento de REVO escolhido Com os equipamentos definidos para a realização do projeto de avião tanque, partir-se-á então para adaptação dos sistemas adicionais necessários, como novas linhas de combustível e tanques adicionais, para as missões de reabastecimento aéreo, levando-se em conta as especificações dos equipamentos, normas aeronáuticas e a substituição de carga paga por combustível. Em seguida será apresentada uma simulação do sistema selecionado para que se tenha uma idéia aproximada do seu comportamento. Por fim, serão apresentadas conclusões sobre a viabilidade do projeto em questão e sugestões para trabalhos futuros.