This work covers the development of a nonlinear, adaptive control system for payload extraction operations. Load extractions are a critical type of maneuver which could make the longitudinal flight dynamics unstable. The online adaptation control strategy seems adequate for the problem, since it can deal with the drift in the plant parameters caused by the movement of the load inside the aircraft. The effects of a continuously varying C.G. position on the longitudinal flight dynamics are modeled in detail. The controller proposed consists on applying the technique of nonlinear inversion coupled with a model reference adaptive controller to deal with the unmodeled/unknown dynamics. The dynamic system considered for the control problem consists of the modeled aircraft dynamics augmented by the unknown parameters - whose dynamics are controlled by the chosen adaptation laws. The demonstration of stability for the complete system is done via Lyapunov';s stability theorem for nonlinear dynamic systems. A suitable Lyapunov Function Candidate used for such a demonstration is proposed in this work. Simulation results are presented and discussed based on the theory and on comparison with other control methods performance when applied to the same problem.

Este trabalho contribui com a pesquisa na área de VANTs, tendo o objetivo de apresentar a identificação do sistema dinâmico do VANT Vector-P com dados de ensaio em voo e realizar um projeto de piloto automático utilizando o modelo identificado. Adicionalmente, um estudo sobre pilotos automáticos é apresentado com o objetivo de abordar e propor diferentes arquiteturas para futura implementação no sistema embarcado do Vector-P. Para realizar a identificação dos coeficientes aerodinâmicos da aeronave foi utilizado o método de estimação de parâmetros através do método do erro de saída, que consiste na minimização do erro quadrático médio da saída da planta real e do modelo identificado. A minimização da função custo foi realizada através da combinação do método de Levenberg-Marquardt com um método heurístico baseado em busca estocástica. As manobras realizadas na campanha de ensaio em voo são do tipo "multistep 3-2-1-1" e "doublet" com o objetivo de excitar os modos dinâmicos da aeronave na frequência de interesse. Um sistema de aquisição de dados embarcado foi implementado para colher as informações de ensaio em voo associadas ao movimento longitudinal da aeronave. A validação do modelo identificado foi realizada através da aplicação dos critérios Cramér-Rao Bonds, Goodness of Fit e o processo Proof-of-Match (POM) que caracteriza a capacidade de predição do modelo aplicado. No estudo de pilotos automáticos, a técnica de controle moderno baseado no Regulador Linear Quadrático (LQR) foi empregada para projetar os ganhos das malhas de controle. Um estudo do autopiloto MP2028g desenvolvido pela empresa MicroPilot foi realizado visando testá-lo no sistema embarcado do Vector-P. Os principais resultados e estudos apresentados neste trabalho são: obter do modelo dinâmico longitudinal confiável do Vector-P, apresentar os ganhos projetados para uma arquitetura de piloto automático, e testar sistemas embarcados em campanha de voo.

Neste trabalho são comparadas as caraterísticas aeroelásticas do Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) Vector-P com as caraterísticas aeroelástica identificadas a partir de um ensaio em voo. Para a análise aeroelástica numérica foi determinada previamente a informação modal da aeronave por meio de um ensaio experimental de vibração em solo (GVT). Foi estimada a variação das frequências e do amortecimento aeroelástico em função da velocidade do escoamento. São examinados os efeitos da variação de altitude, da representação aerodinâmica da fuselagem, e da sensibilidade frente alguns modos estruturais, nas caraterísticas de flutter. Baseado no GVT foi planejado um ensaio em voo, onde foram coletas respostas de aceleração em vários pontos da aeronave. Foi aplicada a metodologia de Análise Modal Operacional (OMA), usando a técnica de decomposição no domínio da frequência (FDD). Esta técnica está fundamentada na decomposição em valores singulares (SVD) das densidades espectrais de potência dos sinais de saída do sistema. Tanto no tratamento numérico como no experimental observou-se que não existem instabilidades aeroelásticas no envelope de voo do Vector-P. Os resultados mostram que possível usar apenas os parâmetros modais experimentais para estimar as caraterísticas aeroelásticas numericamente, desde que estes parâmetros sejam bem descritos. Também mostram que é possível utilizar a técnica FDD para identificar a evolução dos parâmetros dinâmicos em voo.

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.

A busca das empresas por maior competitividade no mercado promove o desafio de desenvolver produtos de melhor qualidade, menor custo e que estejam disponíveis cada vez mais rápidos no mercado. Porém, dependendo da complexidade dos produtos e das tecnologias envolvidas, torna-se muito difícil assegurar, simultaneamente, a qualidade do produto e reduções no ciclo de desenvolvimento tomando decisões durante o desenvolvimento que afetam diretamente os custos do produto. Esta tese tem como objetivo apresentar um método elaborado para melhorar a qualidade do produto durante a fase de desenvolvimento gerando uma redução nos custos de falhas no produto. O método é baseado nos conceitos de Design for Six Sigma (DFSS) e Custos da Qualidade, os quais fundamentam o conceito chave do método: Design for Quality Costs (DFQC). O método proposto foi aplicado em um componente de uma aeronave em desenvolvimento, o estabilizador horizontal, que possui a função de estabilizar horizontalmente (eixo x) a aeronave em vôo. A aplicação do método em uma característica selecionada gerou a avaliação de um novo processo de furação automatizado, ainda durante o seu desenvolvimento, que reduziu as falhas na manufatura deste produto. Com isso, o método proposto priorizou as características do produto que causam maior impacto nos custos de falhas e possibilitou a avaliação de ações de melhoria no produto e processo, auxiliando na tomada de decisões durante o Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP).

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.

Situações de risco fazem parte da rotina dos profissionais da navegação aérea. Eventos com potencial efeito traumático podem culminar no desenvolvimento de um transtorno mental por parte dos indivíduos afetados. As reações físicas, cognitivas, emocionais e comportamentais resultantes de um incidente crítico podem afetar diretamente a segurança das operações aéreas, haja vista a interferência no trabalho realizado pelo operador. Visando lidar de modo eficaz com tais situações, Provedores do Serviço de Navegação Aérea no mundo inteiro se utilizam do programa CISM - Critical Incident Stress Management / Gerenciamento do Estresse em Incidente Crítico, que objetiva o apoio psicológico aos profissionais envolvidos em um incidente crítico, com vistas ao retorno à rotina operacional o mais rápido e da forma mais saudável possível, bem como minimizando a possibilidade de desenvolvimento de um Transtorno do Estresse Pós-Traumático. A Infraero - Empresa Brasileira de Infraestrutura Aeroportuária, atuante em 66 Órgãos de Navegação Aérea no Brasil, não dispõe de programa desta natureza. Portanto, este trabalho propõe uma adaptação do CISM utilizado pela Eurocontrol para respectiva implementação na Infraero, tendo em vista ser um modelo amplamente difundido no mundo do Controle de Tráfego Aéreo.

O objetivo deste trabalho foi utilizar injetores do tipo axial e "swirl" para avaliar os efeitos da injeção de oxigênio gasoso (GOX) sobre o empuxo e a pressão na câmara de combustão de um motor foguete híbrido experimental com grão combustível de polietileno e o pioneiro grão combustível de parafina esférica estruturada em poliuretano. Para tal, foram usinados injetores em aço inoxidável e construído um motor foguete híbrido experimental e sua bancada de ensaios, provida de dispositivos que permitiram registrar dados de empuxo, variação da massa de combustível e de oxidante e de pressão na câmara de combustão do motor foguete híbrido. Os ensaios foram realizados com pressões de injeção de GOX de 46, 52 e 58 Bar e com injetores do tipo axial, "screw", "swril" pequeno e "swirl" grande. O "swirl" grande proporcionou condições ideais para difusão do oxidante no meio reacional e o grão de parafina estruturada no poliuretano favoreceu a gaseificação deste combustível e ambos apresentaram os melhores resultados dos parâmetros balísticos.

O uso de ensaios se faz necessário ao se entrar em regiões pouco exploradas pela teoria como uma importante ferramenta para sua validação. Ensaios aeroelásticos em túnel de vento, utilizando modelos em escala, podem ser realizados com o objetivo de se verificar os métodos analíticos, necessitando de um modelo que represente qualitativamente o problema ou, em um caso mais complexo, verificar o comportamento de uma aeronave real, sendo necessário um modelo representativo dessa, que necessariamente deverá receber ensaios que demonstrem, estática e dinamicamente, sua fidelidade à estrutura real. Neste trabalho, de posse de dados experimentais referentes a ensaios em túnel de vento previamente realizados, foi elaborada uma rotina de identificação modal, com a qual foi realizada a análise dos dados de ensaio supracitados. Utilizando-se modelos teóricos de uma aeronave em escala, foi também realizada uma comparação teórico-experimental, no intuito de se verificar a qualidade dos resultados teóricos obtidos. Foi também realizado um estudo de leis de similaridade aeroelásticas, com o qual se pode fazer a correlação entre o comportamento aeroelástico entre o modelos aeroelásticos em escala reduzida e uma aeronave real.