O estudo realizado teve como objetivo verificar que a utilização de uma maquete inercial, em substituição aos procedimentos atuais de calibração da máquina MRC MK9 - 11.000, utilizada para as medidas de momentos de inércia na Intespace, poderia trazer melhorias significativas no resultado das medidas. A proposição deste trabalho é baseada no fato que o método atual de calibração é realizado com massas de calibração que possuem os períodos e outras características, considerados na determinação da constante de torção da máquina (fundamental para a medição do momento de inércia), muito diferentes das características do espécime ensaiado. Acredita-se que se tivermos configurações de uma maquete de calibração com momentos de inércia que se aproximem daqueles do item ensaiado, teremos determinado a constante de torção da barra (K) com um erro menor (dK) desta determinação. Para determinar K com melhor precisão, propõe-se aplicar à uma maquete de calibração o método da diferença de inércias entre duas configurações que forneçam uma gama de momentos de inércia próxima àquela do item de teste. Determina-se, através de cálculos executados em planilha, as características físicas principais de uma maquete que deve criar momentos de inércia numa faixa de 880 a 2.000 m2.Kg. Dentro desta faixa útil de criação de momentos de inércia de calibração, avalia-se a melhoria que a técnica proposta traz sobre a precisão das medidas dos momentos de inércia. Os resultados dos cálculos para definir as configurações de calibração e avaliar os erros de determinação da constante de torção da barra (dK) para cada intervalo de 200 m2.Kg, são apresentados. Estes dK, aplicados a um exemplo prático de medida de momento de inércia de um satélite, confirmaram o impacto favorável do procedimento proposto sobre a precisão global da medida. Igualmente, realizou-se um breve estudo de determinação das características físicas de uma segunda maquete destinada a adaptar o procedimento de calibração dos meios de medidas físicas da Intespace às necessidades futuras.

Este trabalho tem como objetivo a análise da aplicação de métodos formais para a modelagem e verificação de produtos de software embarcado para aplicações aeroespaciais de tempo-real. Como abordagem para modelagem, utilizam-se autômatos temporizados e a ferramenta UPPAAL. A verificação do modelo construído é realizada por meio da abordagem de model-checking, utilizando um conjunto de propriedades definidas em CTL que refletem os requisitos do sistema em análise. Particular ênfase é dada ao problema de verificação de requisitos de tempo no sistema em análise. Para tanto, a metodologia proposta inclui a modelagem não apenas do aplicativo de software mas também do sistema operacional que gerencia os diversos processos executados pelo software. Como estudo de caso utiliza-se o computador de bordo de um simulador de satélite com um grau de liberdade. Este estudo de caso inclui a determinação dos tempos utilizados para execução do software aplicativo e dos tempos utilizados pelo sistema operacional. Além da verificação dos requisitos de tempo do sistema, o estudo de caso apresenta uma análise de sensibilidade destes requisitos frente à variação de alguns parâmetros do sistema. Baseado nos resultados do estudo de caso, apontam-se as vantagens e limitações do uso da abordagem de model checking para verificação de sistemas de tempo real para aplicações aeroespaciais.

Este trabalho propõe e avalia a aplicação da técnica de verificação model checking no desenvolvimento de software embarcado de satélites universitários. Inicialmente, apresenta uma revisão do cenário atual de projetos de satélites universitários, com foco no computador de bordo e a adoção de normas para este subsistema. Esta revisão aponta que os satélites universitários tendem a adotar estratégias simples e de baixo custo para garantir dependabilidade, o que torna o uso de model checking uma solução atrativa, viável e factível para verificação da especificação de software embarcado crítico destes satélites. Como estudo de caso, utiliza-se a ferramenta UPPAAL, baseada em autômatos temporizados, para verificação da especificação de software do módulo de comunicação (CM) do computador de bordo do satélite universitário ITASAT. Este módulo executa programas sequenciais que contemplam: recepção de telecomando, execução de comandos diretos, verificação dos principais canais e envio de telemetria. A primeira etapa do processo de aplicação de model checking consistiu na modelagem, de forma isolada, de cada um dos dois submódulos do CM. Para cada modelo, foram feitas verificações de propriedades básicas e dos requisitos de software. Foras discutidas estratégias práticas para contornar o problema de explosão de número de estados. Numa segunda etapa, os modelos dos dois submódulos foram integrados em um único modelo. Para o modelo integrado, foram verificadas as propriedades de alcançabilidade, ausência de deadlock e propriedades referentes a interação entre os módulos. Apesar das restrições de comandos disponíveis, devido ao problema de explosão de estados, foram criados cenários de verificação para observar a relação entre módulos. Ao final, conclui-se que a utilização do model checking permitiu a identificação de erros e de oportunidades de melhoria na especificação de requisitos e que é uma solução viável para atender a proposta de satélites universitários.

Veículos aeroespaciais, voando a grandes velocidades, estão sob o efeito de elevadas cargas térmicas decorrentes da transformação da energia cinética do escoamento em energia térmica, causando um fenômeno conhecido como aquecimento aerodinâmico. O objetivo desta dissertação é, através de uma abordagem analítica do problema, estimar os níveis de fluxo de calor ao qual o Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X S estará sujeito durante o voo atmosférico. O Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X S faz parte de um projeto estratégico do Comando da Aeronáutica que consiste de um demonstrador da tecnologia de um estato-reator a combustão supersônica (scramjet) que está sendo desenvolvido na Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv). Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica dos principais projetos em scramjet desenvolvidos até o momento, além das principais teorias para cálculo de fluxo de calor de veículos em voo. As cargas térmicas são obtidas através de duas modelagens distintas para o ar atmosférico, sendo a primeira como um gás perfeito e a segunda como um gás em equilíbrio termodinâmico. Depois, através do desenvolvimento de sub-rotinas computacionais desenvolvidas em linguagem MATLAB, os fluxos de calor são calculados para as diversas regiões do veículo e em diversas condições de voo simuladas, baseadas na trajetória do Veículo de Sondagem VSB 30. Os resultados foram comparados aos obtidos de projetos similares e também a uma análise preliminar na área de CFD (Computational Fluid Dynamics) apresentando uma relevante concordância.

Escoamentos de alta velocidade, sejam eles pertencentes à classe supersônica ou hipersônica, são sistemas intrinsecamente ligados às tecnologias aplicáveis ao setor aeroespacial. A capacidade de se determinar a velocidade de um escoamento ganha particular importância se considerada sua aplicação como informação crítica na validação de códigos computacionais de dinâmica de fluidos. O objetivo do presente trabalho é a caracterização das velocidades de escoamentos produzidos por uma câmara de expansão. Para tanto, foram utilizadas três técnicas para medidas de velocidades supersônicas e subsônicas. Uma técnica intrusiva, que utiliza um Detector por Ionização Rápida, para caracterização de escoamentos supersônicos e duas técnicas ópticas, schlieren e um método modificado do schlieren que foi combinado com a absorção molecular do iodo. Com o uso do Detector por Ionização Rápida foi possível estudar escoamentos produzidos em uma pressão de 10-6 mbar e com velocidades que variaram de 21 até 726 ms-1. Usando o método das características para calcular a temperatura e o número de Mach, foi possível obter escoamentos com temperatura mínima de 29 K e com número de Mach máximo de 12. Com a velocimetria schlieren foi possível visualizar escoamentos sob um vácuo de até 200 mbar e com velocidades que variaram de 5,2 até 66,5 ms-1. A temperatura do escoamento variou de 300,0 a 297,6 K e o número de Mach máximo foi de 0,2. A partir da modificação do método schlieren, foi possível visualizar escoamentos em pressões de até 15 mbar, equivalente a uma ordem de grandeza inferior ao método schlieren convencional. Com o método foram medidas velocidades do escoamento que variaram de 92,0 a 190,0 ms-1. A temperatura variou de 295,3 a 280,1 K e o número de Mach máximo foi de 0,6.

Motores scramjet representam uma tecnologia promissora em aplicações aeroespaciais hipersônicas. A principal vantagem dessa classe de sistemas propulsivos deve-se ao fato de que tais motores não precisam transportar consigo o oxidante, que é obtido da própria atmosfera. Essa característica proporciona uma considerável redução de peso que, por sua vez, se traduz em maior capacidade de carga útil e maior impulso específico que motores foguete convencionais. Entre as possíveis aplicações para motores scramjet está a utilização como um dos estágios de veículos aeroespaciais, aeronaves de cruzeiro hipersônicas de caráter militar ou civil e mísseis hipersônicos. Apesar de serem estudados desde os anos 1960, com diversos avanços significativos já alcançados, não há, atualmente, motores scramjet utilizados em aplicações reais, estando essa tecnologia ainda em fase de testes e desenvolvimento. Entre os países que têm investido no domínio da tecnologia scramjet encontram-se Estados Unidos, Austrália, Rússia, França, Alemanha e Japão. No Brasil, esforços também têm sido realizados no Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica Prof. Henry T. Nagamatsu, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), em São José dos Campos.Um dos projetos de veículos hipersônicos scramjet desenvolvidos no IEAv é o veículo hipersônico aeroespacial 14-X B, objeto de análise deste estudo, projetado para voar com número de Mach 7 numa altitude de 30 km. Este trabalho teve por objetivo realizar uma análise de desempenho do veículo 14-X B nas suas diversas condições de operação possíveis. Para tanto, desenvolveu-se, primeiramente, uma metodologia para determinação do envelope de voo com base na geometria do veículo, combustível utilizado e num conjunto de critérios de restrição reunidos da literatura. Realizou-se, então, um estudo do comportamento das ondas de choque/expansão nas diversas condições de operação possíveis, identificando-se como prevê-las a partir da informação das condições de voo. Por meio de um conjunto de hipóteses simplificadoras, entre elas a de que o escoamento ao longo do veículo consiste de ar caloricamente perfeito e sem viscosidade, foi desenvolvida uma rotina para calcular o envelope de voo e os parâmetros de desempenho ao longo desse envelope para um veículo com configuração 2D, com base na sua geometria e combustível. Os resultados foram comparados com resultados de uma análise CFD que utilizou hipóteses semelhantes para três casos distintos e a maior diferença foi de 22%. Por fim, foi realizada uma análise dos resultados obtidos para três casos: i) considerando voo de cruzeiro; ii) considerando voo para máxima aceleração e iii) alterando-se um parâmetro de voo de cada vez (altitude, Mach, ângulo de ataque e razão de equivalência). Foram avaliadas as tendências dos parâmetros de desempenho, buscando-se compreender o porquê de cada comportamento, identificar oportunidades de melhorias e alertar para situações indesejadas.

This work presents the results of shock tunnel tests of a Mach 10 waverider with sharp leading edges. The waverider surface was generated from a conical flowfield with the volume and the viscous lift-to-drag ratio as optimization parameters. A compression and expansion ramps were added to the pure waverider surface in order to simulate the flow over a scramjet engine. The compression ramp was designed so as to provide the ideal conditions for the supersonic combustion of the Hydrogen while the expansion section was derived from an ideal minimum length supersonic nozzle. The experimental data included Schlieren photographs of the flow and the pressure distribution over the compression surface. These data were compared with the inviscid theory. During these investigations, the IEAv's T3 shock tunnel was used to simulate the hypersonic flow. The stagnation conditions as well as the free stream properties were estimated using numerical codes. The tunnel operated at Mach number ranges of 8.9 to 10, Reynolds number from 2.25 x 106 to 8.76 x 106 (m-1) and Knudsen number from 0.06 to 0.19. From the Schlieren photographs it was noted that the inlet flowfield behaves according to the predictions of the hypersonic viscous interaction models. Also, the pressure variation along the compression surface centerline was obtained using piezoelectric pressure sensors. The resulted profile presented the general trend of the flow described by these models.