Por anos o voo dos insetos intrigou os seres humanos. Em alguns aspectos não encontra par entre os voos de outros animais, especialmente nas questões de desempenho e manobrabilidade. Devido a estas características e às deficiências de configurações convencionais de aeronaves em regime de baixo número de Reynolds, têm sido desenvolvidas configurações de micro veículos aéreos (MAVs) baseadas em insetos. Entretanto, ainda há muitos desafios que envolvem o estudo dos mecanismos relacionados com o voo dos insetos. Um entendimento maior destes mecanismos possibilitaria o desenvolvimento de MAVs mais eficientes e eficazes. Neste contexto, a eficiência do movimento periódico inspirado no voo dos insetos foi investigada utilizando duas metodologias: o modelo quase-estacionário e simulação numérica bidimensional. Verificou-se a influência do desvio em relação ao plano de batimento (stroke deviation) horizontal em uma situação de voo pairado, modelando a asa da mosca Drosophila melanogaster por um perfil elíptico bidimensional executando um movimento formando a "figura-de-oito". Novas equações cinemáticas foram propostas para representar a trajetória da asa de modo a permitir uma variação maior de parâmetros do movimento no eixo vertical, o que permitiu obter, por meio de otimização utilizando o modelo quase-estacionário, os limites teóricos da eficiência aerodinâmica. Com base nestas otimizações e em variação dos parâmetros cinemáticos, resultados obtidos por estudos anteriores foram explicados e verificou-se a possibilidade de redução de gasto energético no voo pairado por meio da implementação do desvio do plano horizontal. Simulações numéricas por dinâmica dos fluidos computacional foram realizadas para investigar esta possibilidade e notou-se que a potência do momento aerodinâmico adiciona uma parcela significativa à potência total, o que não é contabilizado no modelo quase-estacionário devido a simplificações. Posteriormente, concluiu-se que, nos casos estudados, as diferenças na eficiência não foram significativas e que, em razão de efeitos não estacionários, em especial a interação entre asa e esteira, a força vertical média se comporta de maneira contrária à prevista pelo modelo quase-estacionário. Finalmente, o mecanismo de captura de esteira foi analisado e foram identificadas mudanças significativas em seus efeitos, induzidas pelo desvio do plano horizontal, as quais puderam ser explicadas devido às alterações na cinemática do perfil.

O ruído aeronáutico gera um impacto significativo para as pessoas que residem próximo aos aeroportos. Dentre as ações mitigadoras possíveis destaca-se o planejamento urbano das áreas afetadas, limitando os usos do solo nas adjacências. O incômodo gerado sobre essa população é de difícil mensuração, e o planejamento urbano é um processo que exige a participação de todos os atores envolvidos. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de gestão de áreas afetadas pelo ruído através do planejamento urbano, e as contribuições que os Sistemas de Informação Geográfica de Participação Pública (PPGIS, Public Participatory Geographic Information System) podem oferecer na gestão desse impacto. A definição de PPGIS foca-se em abordagens para envolver o público em aplicações de SIG com objetivos de melhorar a transparência nos processos decisórios que afetam a população e influenciar políticas de governo. Para atingir esse objetivo, foi criado um modelo PPGIS para aplicação na cidade de São José dos Campos, especificamente na região onde está localizado o Aeroporto Professor Urbano Ernesto Stumpf. O modelo, inédito em aplicações para mensuração de incômodo provocado por ruído aeronáutico no Brasil, foi desenvolvido para o ambiente web por meio de programas livres de licença, onde usuários residentes nas proximidades do aeroporto foram estimulados a participar. Os resultados mostram uma participação considerável da população, que pode inserir seus comentários sobre o incômodo percebido e visualizar as leis existentes que regulam a ocupação do solo na área do município impactada pelo ruído juntamente com imagens de satélite e mapas da cidade em um banco de dados unificado. As pesquisas realizadas no trabalho mostraram que existe uma porcentagem grande de pessoas com um nível alto de incômodo mesmo residindo fora da área do Plano Específico de Ruído do aeroporto, indicando uma possível desatualização das curvas de ruído. Os resultados também mostraram que o modelo pode ser aplicado a outros aeroportos, colaborando para levar à população um banco de dados de fácil acesso, o que possibilita melhor transparência nos processos de decisão pública sobre uso e ocupação do solo em regiões no entorno de aeroportos.

Sistemas de navegação inercial (INS) solidários fazem uso de medidas discretas no tempo de incrementos angulares e de velocidade, oriundas, respectivamente, da integração de girômetros e acelerômetros para estimar atitude, posição e velocidade com relação à Terra. A taxa de amostragem dos algoritmos que processam as medidas dos sensores é relacionado com a acurácia requerida e a carga computacional demandada. De modo a obter-se uma solução de navegação com boa acurácia e carga computacional reduzida, os algoritmos precisam ser executados em múltiplas taxas de amostragem e sistemas de coordenadas distintos - a saber, o do corpo B e da horizontal local NED. Independentemente das taxas de amostragem empregadas pelos algoritmos, os erros de navegação tendem a crescer indefinidamente com o tempo quando o INS opera em modo autônomo (stand-alone). Neste trabalho, foram analisados diversos algoritmos de navegação inercial distintos, comparando-se a carga computacional demandada e acurácia em modo autônomo que se obtêm com cada um. Com relação à solução de navegação fornecida pelos algoritmos, para que os erros tornem-se limitados, viabilizando operações de longa duração, sensores adicionais não inerciais devem ser utilizados. Assumida a disponibilidade de medidas de GPS e câmera, a acurácia da navegação pode ser melhorada por meio da fusão de dados provindos de nós de processamento locais, os quais fornecem, respectivamente, os resultados da integração INS/GPS e da INS/câmera. Neste trabalho, foram investigadas as fusões por federação de filtros - cuja otimalidade requer conhecimento da correlação entre os nós de processamento local - e por interseção de covariâncias (IC), que é subótima, mas não diverge quando há correlação desconhecida entre os sinais a serem fundidos. Para ambos métodos de fusão analisados, o INS e os nós locais são corrigidos periodicamente de acordo com o resultado da fusão, visando melhorar a acurácia da solução de navegação. A acurácia das fusões é avaliada comparando-se com o desempenho obtido por um filtro de Kalman global, o qual processa todas as medidas de todos os sensores simultaneamente.

Simulation Optimization (SO) belongs to a broader class of problems called Stochastic Optimization. Most of the proposed SO methodologies in the literature aim to optimize the expected value of the performance measure. This thesis focus is on another class of problems: Multinomial Selection Procedures (MSPs). These procedures select the best alternative, where best is defined more broadly as that which has the largest probability of yielding the desired response in only one trial. The MSPs found in the literature aim to compare a (small) finite set of alternatives. There are real-world multinomial selection problems in which at least one variable is continuous. The number of alternatives in this kind of problem is infinite. This fact suggests that a new approach be used. Our proposal to solve this new problem is composed by four steps: (1) Initial Sampling: this step aims to reduce the dimension of the problem by identifying the factors that have the greatest influence on the performance measure. In order to accomplish this step, we developed a novel Design of Experiments (DOE) algorithm that generates a design which is nearly orthogonal and also nearly balanced for any mix of factor types (categorical, numerical discrete and numerical continuous) and/or number of factor levels; (2) Subset Selection: the reduction of a great number of sampled points to a subset of small size which has great probability of containing the best system is the purpose of this step. A novel algorithm for the restricted multinomial subset selection problem is proposed as solution to this step; (3) Local Search: the improvement of the solutions generated by the previous step is made by a local search algorithm. We propose an improvement on the algorithm called COMPASS to allow it to deal with two stochastic objective functions as an answer for this step; and (4) Selection of the Best: once we improve the small number of solutions found in step 2, the classical MSP called is used to select the best among them. We also solved a real problem of the Brazilian Air Force: how to elaborate better air-to-air tactics for Beyond Visual Range (BVR) combat that maximize our aircraft';s survival probability, as well as the probability of downing enemy aircraft. In this study, we were able to increase an average success rate of 16.69\% and 16.23\% for and, respectively, to an average success rate of 76.85\% and 79.30\%. We can assure with low probability of being wrong that the selected tactic has greater probability of yielding greater success rates in both and than any simulated tactic.

O presente trabalho tem como objetivo analisar a resposta aeroelastica do rotor principal do helicóptero experimental de dois lugares Alpha One, em desenvolvimento pela Brascopter e que e equipado com um rotor do tipo bearingless. A analise foi realizada considerando o regime de voo pairado e que o rotor esta sujeito a uma perturbação, como por exemplo, uma rajada. Para tal, foi utilizado o software de elementos finitos para modelagem de sistemas multicorpos não-lineares DYMORE. O software permite a modelagem de sistemas complexos utilizando elementos deformaveis e rigidos. Apenas a flexbeam e a pá foram modeladas com elementos de viga (deformavel), os demais componentes do sistema do rotor, inclusive o sistema de comando, foram modelados com elementos rígidos e juntas cinemáticas. Para os elementos deformáveis e necessário o fornecimento da matriz com as constantes elásticas da seção transversal para o DYMORE. Para isso, um código em MatlabOR foi escrito para gerar a malha de elementos finitos da seção transversal, cujo único elemento estrutural considerado foi a longarina da pá. As constantes elásticas da seção foram calculadas através do software VABS. Duas configurações de seção foram consideradas, seção com célula simples e seção com célula dupla. Diferentes laminados foram analisados para cada configuração de seção. O MatlabOR também foi utilizado como ferramenta de integração, realizando a interface com o DYMORE e o VABS, além de ter sido utilizado para a realização do pós processamento dos dados dos sensores distribuídos ao longo dos componentes flexíveis e para a realização da analise de estabilidade aeroelastica, em que o método da exponencial complexa foi empregado. Os resultados mostraram que a configuração de seção com célula dupla não e capaz de produzir acoplamento pitch-flap suficiente para influenciar na resposta do rotor.

Este trabalho propõe a arquitetura para uma Plataforma de Testes de sistemas de piloto automático voltada para ambiente de simulação. Trata-se de uma ferramenta com propósitos educacionais e de pesquisa onde variadas configurações destes sistemas podem ser facilmente implementadas aumentando a flexibilidade dos testes executados e acelerando seu desenvolvimento. Por se tratar de ambiente de simulação, apresenta vantagens como a facilidade de operação e a obtenção de resultados em bancada imediatamente após o projeto do sistema, o que antecipa a detecção de problemas que poderiam ser encontrados somente após sua implementação. Estas características apresentam-se ideais para suportar o processo de desenvolvimento de sistemas de piloto automático para VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados) considerando a necessidade de testes intensivos antes de embarcar estes sistemas. Nesta Plataforma de Testes é utilizado o Matlab/Simulink contendo o modelo do sistema de controle de piloto automático a ser testado, o simulador de vôo X-Plane contendo o modelo da aeronave a ser controlada, um microcontrolador para controle das superfícies de comando de vôo de um aeromodelo e servos eletromecânicos para acionamento destas superfícies. Estes recursos são interligados através de barramentos de dados para troca de informações. Após uma exposição dos conceitos do movimento de uma aeronave rígida e suas equações, a Plataforma de Testes proposta é descrita em detalhes, pois este é o assunto principal do presente trabalho. Para demonstração da validade do projeto, comparam-se os resultados da simulação executada no Matlab/Simulink de um controlador de piloto automático previamente projetado com aqueles obtidos pela integração do mesmo controlador na Plataforma de Testes.

Este trabalho apresenta uma formulação matemática para a modelagem de aeronaves de grande flexibilidade. Uma ferramenta computacional foi implementada e utilizada para analisar como a flexibilidade afeta as características de dinâmica de voo. Um modelo de viga não linear, ou seja considerando grandes deslocamentos, foi aplicado para a dinâmica de estruturas. Para os cálculos aerodinâmicos, utilizou-se a teoria das faixas incluindo três modelos bi-dimensionais: quase estacionário, quase estacionário com massa aparente e não estacionário.Uma asa voadora de grande alongamento foi considerada como caso de estudo. Uma investigação de sensibilidade foi desempenhada para verificar como os modelos aerodinâmicos empregados e a discretização da dinâmica estrutural afetam os resultados da ferramenta computacional. As equações elásticas do movimento foram linearizadas, permitindo estudo de estabilidade aeroelástica. Os resultados obtidos baseados no modelo de aeronave proposto mostraram que a instabilidade aeroelástica é fortemente afetada pelos graus de liberdade de corpo rígido, bem como pelas grandes deflexões estruturais da asa em equilíbrio.

Este trabalho aborda um estudo voltado a integração de sistema de detecção de gelo na fuselagem dianteira de aeronaves comerciais. Detectores de gelo são essenciais à segurança do voo, pois a formação de gelo em superfícies de aviões tem uma contribuição estatística significativa aos acidentes fatais na aviação. Não apenas as características dos sistemas de detecção são importantes para uma operação segura, mas deve-se proceder a sua instalação na aeronave com cuidado especial. Além das gotículas de água superesfriada serem capazes de atingir o detector, deve-se considerar aspectos aerodinâmicos, pois instalações inadequadas podem levar a arrasto adicional, ruído e vibrações. O presente trabalho tem como objetivo analisar a instalação de detectores de gelo na fuselagem dianteira de aeronaves comerciais de transporte. Foi considerada uma aeronave de transporte de passageiros de médio porte e três posições diferentes para o detector de gelo. A primeira posição está próxima ao nariz da aeronave; a segunda a uma distancia intermediária; e o terceiro a uma distancia que se identifica com a posição mais comumente adotada para este dispositivo. O domínio computacional é composto de uma malha com aproximadamente 7.740.000 tetraedros, após algumas adaptações, e os detectores foram instalados apenas em um lado da fuselagem dianteira, para efeitos de comparação. Duas condições de operação para a simulação e cálculos foram definidas. Inicialmente, considerou uma condição de cruzeiro (número de Mach de 0,76 e ângulo de ataque 1,5?); a outra condição de descida e/ou subida (número de Mach = 0.40 e ângulo de ataque 3?). Em ambas as condições foram realizados cálculos relativos à velocidade de escoamento, tamanho de partícula, linhas de corrente e ruído branco. Os resultados mostram, que um detector de gelo em ambas as condições, estará mais bem posicionado quando estiver mais próximo do nariz da aeronave, caso contrário o detector pode não ser capaz de detectar gelo composto por partículas de maior diâmetro, situação de risco e não desejada para a aeronave.

A automação da montagem de estruturas aeronáuticas é uma necessidade emergente. A utilização de robôs convencionais para esta aplicação é dificultada por conta da relativa baixa exatidão de seus deslocamentos. A fim de adequar um braço robótico às exigências aeronáuticas, propõe-se o auxílio de um sistema metrológico capaz de medir e corrigir seu posicionamento, com incerteza de medição na ordem de centésimos de milímetro. Uma comparação entre os instrumentos de medição no estado da arte é realizada e é escolhido um equipamento com tecnologia de fotogrametria para executar tal tarefa. O presente trabalho avalia o instrumento de medição K-Series, explanando suas características, funcionalidades e realizando experimentos para verificação metrológica do instrumento. Em seguida, o controle adaptativo robótico (ARC) do K-Series fecha uma malha de controle com o robô e o ganho de exatidão é medido para constatar a factibilidade da aplicação. Por fim, alguns pontos limitantes são avaliados e uma série de boas práticas para melhorar a confiabilidade do sistema é elencada.

No Aeroporto Internacional de São Paulo/Guarulhos muitos problemas de alocação de aeronaves em gates são resolvidos antes de uma aeronave chegar, partir ou que os passageiros embarquem e desembarquem com segurança. Diferentes fatores estão envolvidos neste processo, cada um pode interferir de forma a contribuir para a elevação do risco de acidentes. Um dos principais problemas na programação de aeronaves no Aeroporto de Guarulhos é o risco de colisões entre pontas de asas devido as diferenças nas dimensões das aeronaves e as congestionadas áreas dos gates de estacionamento. Atualmente, esse problema é resolvido de forma manual, com a interferência humana na avaliação do melhor gate para cada aeronave a ser estacionada nos diversos tipos de gates do Aeroporto. Portanto, este trabalho descreve a situação operacional do Aeroporto, as interferências no processo de alocação e analisa o risco de colisões entre pontas de asas de aeronaves, estabelecendo valores quanto à severidade e a probabilidade deste tipo de evento ocorrer, bem como apresenta o "CAR" (Controle de Alocação de Recursos), um sistema recém criado para planejamento e gerenciamento da programação de alocação em gates desenvolvido por especialistas da INFRAERO, podendo ser uma importante ``barreira';'; de segurança para evitar riscos no processo de alocações de aeronaves no Aeroporto de Guarulhos.