A aplicação da técnica não linear Backstepping para a proteção do Envelope de Voo em uma aeronave é estudada nesse trabalho. O objetivo principal é projetar controladores para proteger a aeronave de operar fora dos valores máximos e mínimos do seu envelope de voo. Esses valores são definidos pelo fabricante na etapa de projeto da aeronave. A proteção está relacionada está relacionada à entrada que o piloto produz no "stick';", que é considerada como a entrada do sistema de proteção. Os projetos de proteção foram desenvolvidos para proteger ao envelope de aerodinâmica adversa e ao envelope de atitude incomum. Dentro desses envelopes a subdivisão é feita pela proteção longitudinal, segurando o ângulo de ataque no seu máximo valor e a proteção latero-direcional, mantendo o ângulo de rolamento no máximo valor. O Backstepping por ser uma técnica de controle não linear, permite trabalhar com as não linearidades favoráveis (que estabilizam o sistema) até achar uma lei de controle que garanta a estabilidade baseada na teoria de Lyapunov. Ao longo do trabalho são apresentados os projetos de controle de proteção que foram divididos em Longitudinal e Latero-Direcional. Cada um deles é composto de dois controladores de rastreio (?, q, ?, ?, ?, p, r) que trabalham em paralelo e são compactados através de uma função de comutação. Já nos capítulos finais são apresentados as simulações, os resultados as conclusões e as recomendações.

A aviação ultraleve e experimental são segmentos da aviação geral que conquistam cada vez mais espaço no mercado mundial. Os motivos mais influentes para esse crescimento são o baixo custo de aquisição e operacional da aeronave, a pequena burocracia envolvida para obtenção das licenças de piloto e o pequeno número de horas necessárias para o voo de cheque. Justamente pelo treinamento ainda não ser tão rigoroso como costuma ser nas outras áreas da aviação, muitos pilotos acabam cometendo erros fatais que poderiam ser evitados de alguma forma. A perda de controle, mais especificamente o estol, é o caso que representa o maior índice de fatalidades no ramo aeronáutico. A proposta deste trabalho é projetar um controlador capaz de proteger o avião contra o estol, limitando seus máximos ângulos de atitude longitudinal, lateral e velocidade mínima. Primeiramente, a aeronave é analisada em malha aberta para verificar a necessidade de sistemas de aumento de estabilidade segundo critérios de qualidade de voo. Os ganhos dos controladores são definidos através de requisitos de estabilidade e desempenho como também suas respectivas barreiras de robustez. Para estabilidade robusta, serão consideradas as variações paramétricas da planta e também o primeiro modo flexível da aeronave. Para desempenho robusto, a barreira das baixas frequências será definida pelo vento.

Esta tese trata da modelagem, simulação e controle de voo de aviões muito flexíveis. A metodologia de modelagem usada foi NFNS (Non Linear Flight Dynamics - Non Linear Structural Dynamics). A metodologia NFNS foi usada para implementar o modelo de um avião, que havia sido previamente implementado com a metodologia NFLS (Non Linear Flight Dynamics - Linear Structural Dynamics). Foi realizada uma comparação entre as metodologias NFLS e NFNS com base em resultados de simulações feitas, e com base nas próprias considerações tecidas durante a modelagem. Foram notadas diferenças entre as duas metodologias, particularmente com relação a modelagem aerodinâmica. As causas encontradas para estas diferenças indicam algumas melhorias necessárias na formulação aerodinâmica na metodologia NFNS. Os efeitos de uma grande flexibilidade estrutural na dinâmica de vôo foram verificados, analisados, e explicações físicas para estes efeitos são propostas. Por fim, leis de controle não linear com a técnica do regulador integrativo universal são implementadas. Os resultados obtidos demonstram a eficácia e robustez das leis de controle projetadas.

Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma Estação de Controle em Solo para o Pegasus AutoPilot (Piloto automático para aeronaves não tripuladas de pequeno porte), com uma arquitetura contendo dois links de comunicação entre a aeronave e o solo. Foram criados ainda protocolos de comunicação para recepção e envio de dados entre os dois pontos de comunicação do sistema a ECS e o VANT. O desenvolvimento da Estação de Controle em Solo foi feito em LabVIEW, uma ferramenta baseada no fluxo de dados. Foi desenvolvida também uma plataforma SIL para teste e simulação da ECS e treinamento de operadores, esta é composta pela própria ECS, pelo simulador de voo X-Plane e ainda por um software que foi desenvolvido para fazer interface entre os dados seriais da ECS e o protocolo UDP do X-Plane. São apresentados os resultados obtidos em testes de SIL do sistema, teste em campo da capacidade dos links de comunicação e ainda os resultados obtidos de um ensaio em voo do sistema completo embarcado em aeromodelo Cesnna 182 com 1,6 metros de envergadura.

No permanente esforço de aumentar a segurança de voo, estudos sobre os fatores humanos envolvidos na interação entre pilotos e sistemas de voo automático têm se tornado primordial nas duas últimas décadas. O entendimento de como ocorre a interação entre homem e máquina no ambiente automatizado da cabine das aeronaves de última geração tem como foco principal o gerenciamento da trajetória da aeronave e do seu estado de energia, visando assim a mitigação de eventos indesejáveis. Esses estudos salientam a preocupação quanto ao excesso de confiança que pilotos têm delegado ao sistema de voo automático gerando dependência do mesmo, baixo estado de vigilância, confusão entre os modos disponíveis, e degradação da habilidade dos pilotos em realizar o voo manualmente. Diferentes modelos de treinamento, bem como diferentes políticas operacionais exercem o papel principal na determinação das doutrinas operacionais quanto ao uso do sistema de voo automático, objetivando a eficácia nas operações das empresas aéreas. Alguns especialistas apontam para a necessidade de rever certos modelos de instrução, os quais necessitam dar maior ênfase em conhecimentos e habilidades específicos que os pilotos precisam desenvolver para melhor utilizar e interagir com a aeronave e seus equipamentos automatizados embarcados. O escopo deste estudo é analisar a percepção dos pilotos das aeronaves A320, A330 e B777 quanto ao uso do sistema de voo automático na fase de aproximação para o pouso, e dentro deste contexto, identificar os principais fatores envolvidos no gerenciamento da aeronave e as sugestões de possibilidades de melhor aproveitamento do sistema. O estudo, de base descritiva, utilizou um questionário com perguntas do tipo Likert, que foi respondido por 279 pilotos, para o levantamento da percepção deles quanto ao uso do sistema de voo automático daquelas aeronaves. Os resultados mostram que os pilotos têm consciência das vulnerabilidades existentes no sistema de voo automático e apontam para a necessidade de despender maior atenção no treinamento sobre o seu uso e suas características. A relevância deste estudo reside na oportunidade de levar esta discussão para vários setores envolvidos com a operação aérea, contribuindo para aumentar o alerta situacional sobre a questão, além de propor futuros estudos relacionados à melhoria do modelo de instrução dos pilotos.

A realização deste trabalho é motivada pelas vantagens da prática de simulação computacional na indústria aeronáutica, como redução de custos e de tempo de desenvolvimento e melhoria da qualidade do produto. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um software de interface entre o programa de simulação de voo de baixo custo X-Plane e o pacote computacional MATLAB/Simulink. O principal objetivo dessa interface é viabilizar a utilização simultânea do X-Plane e do MATLAB para simular a dinâmica de voo de uma aeronave e seu controle, provendo uma plataforma de simulação que permita ao engenheiro aeronáutico avaliar técnicas de identificação de sistemas para obtenção de modelos dinâmicos para aeronaves e também auxilie o engenheiro na avaliação de alternativas de projeto de sistemas de controle de voo. Para validar a ferramenta foi utilizado um modelo da aeronave Airbus A310 disponível para o X-Plane, operando em uma condição de voo específica. Por meio da interface desenvolvida, dados gerados por esse modelo foram transferidos para o MATLAB, onde, por meio de técnicas de regressão linear, foram obtidos valores estimados para as derivadas de controle e estabilidade relacionadas aos movimentos longitudinal e látero-direcional da aeronave. Os parâmetros obtidos foram usados para construir um modelo da aeronave no MATLAB/Simulink. Esse modelo foi utilizado em alguns projetos de sistemas de controle de voo para a aeronave. Por fim, os controladores projetados, rodando no MATLAB/Simulink, foram usados para controlar o modelo do Airbus A310 no X-Plane por meio da interface desenvolvida.

Este estudo é um esforço para gerar uma consciência situacional sobre a operação das Salas AIS no Brasil com o objetivo de melhorar o atendimento ao plano de voo. Analisa a atual quantidade de Salas AIS e a real necessidade dos serviços prestados. Com esse objetivo, descreve a experiência do Centro de Informação Aeronáutica de São Paulo e busca retratar o contexto internacional, analisando como o serviço é prestado nos Estados Unidos. A tese central é que a rede de Salas AIS no Brasil está superdimensionada e defasada e que a efetiva necessidade de certos serviços, como a apresentação compulsória do plano de voo visual, deve ser reavaliada. Como resultado da pesquisa, uma proposta de centralização das Salas de Informação Aeronáutica é feita sob a denominação de Centro de Informação Aeronáutica, como parte do programa Sala AIS Virtual.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento do procedimento e do planejamento da campanha de ensaios em voo necessários para a certificação e a integração de cargas externas em uma aeronave militar. Mais especificamente, este trabalho apresenta como estudo de caso a aplicação da teoria de estabilidade de aeronaves para definir o conjunto de parâmetros necessários para avaliação da estabilidade dinâmica de uma aeronave militar com cargas externas. Em última análise, os parâmetros obtidos caracterizam grande parte das qualidades de voo da aeronave, exigidas em normas militares técnicas, para garantir o cumprimento da base de certificação e a certificação de integração (i.e. qualificação). Para melhor compreensão, uma breve explanação da estabilidade de aeronaves é realizada. Em seguida, a metodologia de ensaios em voo adotada é discutida, enfatizando os procedimentos de ensaios amplamente utilizados. Embora os ensaios em voo sejam executados de acordo com os procedimentos publicados (e.g. MIL STD), os riscos inerentes associados com esta campanha de ensaios em voo precisam ser avaliados por meio de ensaios de resposta dinâmica antes dos voos reais, e estes ensaios podem ser realizados através de ferramentas de análise de simulação. Este processo, executado com supervisão da autoridade de certificação, utiliza um aplicativo customizado desenvolvido pelo grupo de engenharia do IPEV com aplicação do MATLAB. Para a avaliação experimental, uma completa FTI, composta por um sistema de aquisição de dados em voo PCM, um gravador PCM, uma base de tempo GPS/IRIG-B e um conjunto de transdutores, é utilizada. A exatidão da medida da FTI depende principalmente dos procedimentos de calibração. Então, para minimizar a maior parte dos erros sistemáticos, os processos de calibração e de determinação de incerteza são realizados utilizando o sistema SALEV, que é totalmente compatível com a norma EA-4/02. A certificação é alcançada quando a operação da aeronave e do sistema integrado é cumprida e a segurança de voo não é prejudicada ou comprometida, como mostrado pelos resultados dos ensaios.

This work addresses the problem of trajectory planning in the context of predictive control. Initially, planners in the literature using predictive control techniques with binary variables are extended to consider situations in which it is necessary that the vehicle visits multiple targets featuring a limited amount of fuel. A reward for visiting each target set is included to tune the compromise between saving fuel and visiting as many targets as possible. The second part brings contributions aimed at reducing computational complexity of the problem of planning and execution of trajectories. For this purpose, techniques for reducing the number of binary variables necessary to implement obstacle avoidance constraints are studied. In this context, a more economical procedure for encoding the problem is presented. Moreover, a method is proposed for generation of waypoints to be traversed by the vehicle in order to complete the mission. The resulting waypoints are passed to the control layer responsible for guiding the vehicle through them. The advantage of this dual-layer approach is that the online computational effort for determining the control signal is significantly reduced. With the approach of multiple sets and rewards, it is possible to accommodate a fault which causes a reduction in the amount of fuel available. Moreover, using the waypoint planning technique, the online computational load is reduced, making it viable to deal with problems involving more stringent control constraints possibly arising from actuator faults.

Conforme a análise dos acidentes ocorridos no Brasil nos últimos anos, observa-se que em aproximadamente 15% destes a aeronave envolvida pertencia a uma empresa de táxi aéreo. Na grande maioria destes acidentes, o fator humano contribuiu significativamente, indicando deficiências na segurança operacional. Conforme estabelecido pela ANAC, nas empresas de táxi aéreo, o Diretor de Operações de Voo é o responsável pela garantia da realização das atividades dentro dos padrões técnicos e de segurança, tendo a missão de incutir as práticas de segurança de voo nas atividades realizadas pela empresa, para tanto as competências gerenciais devem estar alinhadas com as doutrinas de prevenção de acidentes. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho é propor o aprimoramento das competências gerenciais do Diretor de Operações de Voo, utilizando como base a literatura acadêmica sobre competências gerenciais a fim de possibilitar a criação de uma estrutura, a qual permitira estabelecer o perfil profissional ideal para o cargo de Diretor de Operações, onde os alicerces da competência gerencial promovam e apoiem a segurança operacional. Este trabalho teve embasamento exploratório na literatura acadêmica relacionada às competências gerenciais, tendo como principais resultados a demanda de uma nova estrutura organizacional, a qual fortalece a figura do Diretor de Segurança Operacional e lhe dá poder para intervir nas decisões operacionais que contrariem os níveis mínimos de segurança operacional estabelecidos pela empresa. Tem se como resultado também a demanda de investimento na qualificação do Diretor de Operações, especificamente no escopo da segurança operacional, garantindo a proteção dos interesses da prevenção de acidentes, ou seja, a proteção à vida.