Dentre os sistemas que compõem uma aeronave não tripulada está o sistema de propulsão, conjunto formado pelo motor e a hélice. O ITA recentemente adquiriu motores a pistão de dois tempos com o objetivo de equipar o sistema de propulsão de um projeto de desenvolvimento de uma aeronave não tripulada e tendo a necessidade de levantamento de dados do sistema de propulsão, curva de torque, de tração e consumo específico de combustível, neste trabalho foi desenvolvido um banco de ensaio para executar ensaios estáticos e dinâmicos neste motor. Por razões de tempo e disponibilidades do túnel de vento, foi executado somente o teste estático do motor num sistema de propulsão. Pode-se comparar com os dados do fabricante com o sistema de propulsão desenvolvido, e ensaiado para um conjunto de quatro hélices, foi verificado que os dados reais, de potência e rotação máxima, estão abaixo dos dados fornecidos pelo fabricante.

Este trabalho tem como objetivo a aplicação de técnicas recentes de estimação de parâmetros aerodinâmicos de uma aeronave não-tripulada utilizando dados reais obtidos com ensaios em voo. O modelo aerodinâmico completo da aeronave foi identificado pelo método dos dois passos. Inicialmente, foram empregadas técnicas de reconstrução de trajetórias para calibração dos sensores da aeronave, utilizando-se o método de erro na saída e o estimador de máxima verossimilhança. Na segunda etapa do método, as derivadas de estabilidade e controle foram estimadas pelo método dos mínimos quadrados ortogonais parciais, em que os regressores candidatos são ordenados com base em sua capacidade de reduzir a variância do resíduo. Por ser do tipo "equation error", este método tem a vantagem de ser não-iterativo, quando aplicado a um modelo linear nos parâmetros. Entretanto, é sensível a erros nas variáveis independentes, o que torna essencial a etapa anterior de reconstrução dos estados da aeronave. Esta metodologia foi inicialmente aplicada a um modelo de simulação de uma aeronave, para então ser utilizada com dados reais obtidos em ensaios em voo. A capacidade preditiva do modelo aerodinâmico identificado foi confirmada pela validação com um segundo conjunto de dados.

Este trabalho apresenta uma solução de projeto estrutural em material compósito para a asa de 4,044m de envergadura do Veículo Aéreo Não-Tripulado (VANT) em desenvolvimento pelo Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA). Está proposta uma configuração estrutural nervurada constituída por um caixão estrutural formado pelos revestimentos do extradorso e intradorso e por duas longarinas. A configuração sugerida foi validada por meio de análises computacionais lineares em elementos finitos feitas para quatro casos de laminados distintos. Um método para cálculos aproximados das cargas de manobra simétrica e assimétrica está apresentado. Os resultados das análises indicam superdimensionamento para as tensões e pouca deformação devido à necessidade de garantir a estabilidade dos componentes estruturais sob cargas limites.

A compressão de vídeos é amplamente utilizada em Blu-rays, por fontes de streaming de vídeos na internet e também por vários serviços de transmissão de HDTV. É um processo onde se reduz a quantidade de dados necessários para representar um stream de vídeo, com a restrição de possuir uma qualidade mínima aceitável. Obviamente, esta qualidade mínima dependerá da aplicação, que pode ser um vídeo conferência ou uma transmissão de HDTV, por exemplo. A maioria dos padrões de compressão de vídeo como o H.264/AVC possui um codificador de alta complexidade e um decodificador de baixa complexidade, mas em aplicações de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) geralmente o hardware embarcado apresenta capacidade de processamento inferior. Em geral, quando estes VANTs são capazes de comprimir vídeos, a mídia resultante apresenta qualidade reduzida. Com base nos conceitos propostos por Bhaskaranand e Gibson, esta dissertação apresenta um algoritmo de estimação de movimento que pode ser implementado diretamente em qualquer codificador H.264 para produzir vídeos decodificáveis por qualquer decodificador deste padrão. Como resultado, obtém-se uma redução significativa na complexidade da codificação do padrão e um pequeno aumento na taxa de bits.

Typical applications, such as georeferencing, long travelings, and monitoring, can be executed by unmanned aircraft squadrons by assuming different formations, such as latitudinal and longitudinal formations and circular motion maintenance, respectively. In order that all these problems can be solved in one mission, the squadron must reconfigure itself among these different formations in an autonomous way. In this study it is proposed a multifunctional missions execution scheme for unmanned aircraft squadrons based on geometric formation reconfigurations. The problem is a multidisciplinary one, and addresses the following issues: A control strategy able to deal with the aircraft model nonlinearity; computational algorithms for reconfiguring the squadrons among its different formations, whose efficiency is not critical for real-time applications; a theoretical treatment that allows the proof of convergence among the several squadron formation reconfigurations, and an approach that contributes to the system robustness with regard to parametric uncertainties of the aircraft dynamic model. Solutions are presented for the sub-problems and it is proposed their integration for getting a scheme for running a multifunctional missions queue.

Submitted by Adelmo Fernandes de Oliveira Junior null (ligley@gmail.com) on 2017-01-27T18:02:21Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Adelmo - 26-01-2017.pdf: 2029608 bytes, checksum: 09e6922ea4afa079b64bac18ef6882ba (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-01-31T16:02:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveirajunior_af_me_guara.pdf: 2029608 bytes, checksum: 09e6922ea4afa079b64bac18ef6882ba (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-31T16:02:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveirajunior_af_me_guara.pdf: 2029608 bytes, checksum: 09e6922ea4afa079b64bac18ef6882ba (MD5) Previous issue date: 2016-12-02 / A análise modal experimental é uma das técnicas mais importantes na caracterização dinâmica de estruturas. No setor aeroespacial a analise modal experimental é conhecida como Ground Vibration Test (GVT). Na Força Aérea Brasileira, o órgão responsável para executar o GVT é o Laboratório de Ensaios de Vibração (LEVI) da Divisão de Integração e Ensaio (AIE) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Esta pesquisa foi realizada neste laboratório que possui as facilidades para a execução de GVT. O objetivo principal deste estudo foi aprimorar a metodologia de ensaio de análise modal aplicada a um modelo de aeronave em alumínio do tipo GARTEUR SM-AG-19. O estudo desenvolvido possibilita que em ensaios futuros os resultados sejam replicados, no intuito de avaliar a integridade do sistema de medição, levando em consideração aspectos da influência do torque na junta aparafusada entre a asa e a fuselagem. Para validar a metodologia os resultados obtidos neste estudo foram comparados com os resultados de dois estudos desenvolvidos no Brasil. A contribuição principal desta pesquisa é relacionada ao estudo do efeito da variação do torque na junta aparafusada entre a asa e a fuselagem sobre os parâmetros modais da estrutura. / The experimental modal analysis is one of the most important techniques in the dynamic characterization of structures. In the aerospace industry, the experimental modal analysis is known as Ground Vibration Test (GVT). In the Brazilian Air Force, the institution responsible for executing the GVT is the Laboratory of Vibration Testing (LEVI) of the Integration and Testing Division (AIE) of the Institute of Aeronautics and Space (IAE). This research was carried out on this laboratory that has the facilities to perform the GVT. The main objective of this study was to improve the modal analysis test methodology applied to an aluminium aircraft model named GARTEUR SM-AG-19. This study allows the results to be replicated in future tests in order to evaluate the integrity of the measurement system, taking into account aspects of the influence of the torque on the bolted joint between wing and fuselage. In order to validate the methodology the results obtained in this study were compared to the results of two studies developed in Brazil. The main contribution of this research is the study of the torque variation effect on the bolted joint between wing and fuselage on the modal parameters of the structure.

A tendência da indústria aeronáutica comercial é o desenvolvimento de aviões mais eficientes em termos de consumo de combustível e custos operacionais diretos. No que diz respeito ao consumo de combustível, algumas estratégias da indústria aeronáutica são o uso de uma aerodinâmica mais eficiente, materiais mais leves e motores e sistemas mais eficientes. O motor turbo jato convencional fornece potência elétrica para os sistemas de cabine (luzes, entretenimento, cozinha) e aviônicos, potência hidráulica para os sistemas de controle de vôo e potência pneumática para proteção contra formação de gelo e unidade de controle ambiental. Motores mais eficientes e diferentes tipos de arquiteturas de sistemas, como os sistemas mais elétricos, são promessas para reduzir o consumo de combustível. A fim de comparar os processos energéticos das arquiteturas de sistemas e motor numa mesma base, a exergia é o verdadeiro valor termodinâmico que deve ser utilizada como ferramenta de decisão para projeto de sistemas, motores e aeronaves, assim como parâmetro de otimização. Trabalhos de outros autores focaram apenas em redução da exergia destruída e nenhum trabalho apresentou um método harmonizador que consolide os parâmetros já existentes e crie outros parâmetros comparativos entre sistemas. Este trabalho propõe um método baseado em análise exergética para concepção e avaliação de sistemas aeronáuticos, que pode ser aplicado ao projeto de uma nova aeronave desde as fases de estudos conceituais e ante projeto até a fase de definição. O método pode suportar o projeto completo de uma aeronave como um único sistema, pois integra todos os subsistemas numa mesma estrutura. Os principais índices propostos neste trabalho são: exergia destruída, rendimento exergético, consumo específico de exergia, exergia destruída na missão e eficiência exergética da missão. Este trabalho também apresenta resultados comparativos ao aplicar o método exergético entre versões de uma mesma aeronave comercial regional, considerando sistemas de gerenciamento de ar (sistema de extração pneumática, unidade de controle ambiental e sistema de proteção contra formação de gelo) convencionais e mais elétricos. Para tanto, quantificam-se os requisitos de dimensionamento e faz-se a modelagem termodinâmica dos sistemas convencionais e mais elétricos, assim como a modelagem do motor para ambas as versões da aeronave. Os resultados da aplicação do método exergético evidenciam que os sistemas convencionais de gerenciamento de ar são os maiores consumidores de exergia de uma aeronave e que a substituição por sistemas mais elétricos é uma boa alternativa para melhorar a eficiência termodinâmica da mesma. Considerando os mesmos requisitos exergéticos de tração entre as duas versões de aeronaves, a abordagem mais elétrica apresenta maiores rendimentos exergéticos de missão em torno de 0,5%. Entretanto, a análise completa também leva em conta as diferenças de peso e arrasto entre as duas versões de aeronaves, a qual evidencia que a escolha por sistemas mais elétricos deve ser guiada pela variação dos requisitos de tração que esta aeronave possui com relação ao avião com sistemas convencionais. / A tendency of the commercial aeronautical industry is to develop more efficient aircraft in terms of fuel consumption and direct operational costs. Regarding fuel consumption, some strategies of the aeronautical industry are to use more efficient aerodynamics, lightweight materials and more efficient engines and systems. The conventional turbo fan engine mainly provides electric power for cabin systems (lights, entertainment, galleys) and avionics, hydraulic power for flight control systems and bleed air for ice protection and environmental control systems. More efficient engines and different types of systems architectures, such as more electric systems, are a promise to reduce fuel consumption. In order to compare the energy processes of systems and engine architectures at the same basis, exergy is the true thermodynamic value that shall be used as a decision tool to aircraft systems and engine design, and also as an optimization tool. Other works have focused only on reduction of exergy destruction and none have presented a method that harmonizes and consolidates the existing comparative parameters and creates new parameters among systems. This work proposes a method based on exergy analysis for conception and assessment of aircraft systems, that can be applied to an aircraft project from the conceptual and preliminary designs to the detail design. The method can support the design of the complete vehicle as a system and all of its subsystems in a common framework. The main proposed parameters in this work are: exergy destruction, exergy efficiency, specific exergy consumption, mission exergy destruction and mission exergy efficiency. This work also presents comparative results by applying the method to conventional and more electric version of the same regional commercial aircraft, considering conventional and electric air management systems (bleed system, environmental control system and ice protection system). In order to, sizing requirements are evaluated and thermodynamic models are performed for both conventional and more electric air management systems, and also engine models are performed for both aircraft. Results show that conventional air management systems are the higher exergy consumers among aircraft systems and the substitution for more electric systems is a good alternative to improve the aircraft thermodynamic efficiency. Considering the same thrust exergy requirements for both aircraft, the more electric version presents higher mission exergy efficiency around 0.5%. However, a complete trade-off also takes into account weight and drag differences of both versions, which makes evident that the selection for more electric systems must be driven by the variation of thrust requirements between more electric and conventional aircraft.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Actually in Brasil there there is a fleet around 1500 agricultural aircraft working on different aplications. The spray aplication by na airplane of crop defenses is increasing on the last years, generating a demand on spraying airplanes, pilots, spare parts for maintenance, fuel and, first of all, operational cost reduction. Base on this, the present master thesis is working as knowledge generator ans presenting results for, in the future, to project an ethanol aeronautical engine that will use on agricultural/spraying airplanes. Operational costs for agricultural airplanes is based on maintenance and in the fuel, that the major part uses aviation gasoline AvGas as fuel. Ethanol comes with a great chance to reduces such costs, due to the price of this fuel is only around 25% of AvGas. The aeronautical engines that flies nowadays with ethanol as fuel are a conversions from AvGas engines, wich generates some problems, the main is consumption increasing. The possibility to reduces operational costs with using a fuel from renewable source and challenge to get an aeronautical engine dedicated to run with ethanol as fuel is what motivates and derecting this research. Development process of a technical system, as an ethanol engine, is complex and requires human and material resources administration, information colect, research and a strenght management of whole development process. Methodology for this work development is based on exploratory research of existing bibliography about development product process, technical systems, aeronautical engines, agricultural aviation and homologation standards for aeronautical engines and your parts and components. Information acquired are presented to provide a data base to meet the need of companies, engineers and designers on a future development. After organization and threatment the data supply the base of influence factors for a project of aeronautical ethanol engine for agricultural airplane. The knowledge about brasilian agricultural airplane fleet and engines used on such airplanes provide detailed information about size and capacity of each airplane and their aplications, including information about their technical and operating characteristics. With this, was able to make entire influence factors for a project of aeronautical ethanol engine for agricultural airplane, such influence factors are divided in four groups that is: Project Scope, Benchmarking, Operating Characteristics and Standards & Homologation. Technical data and information of aeronautical engines and their characteristics was evaluated and compared to observ the tendency of engines with power in a range beetween 151 and 300kW, where more than 80% of those engines in whole brasilian fleet is inside of this range, the major part using AvGas as fuel. Engines running with ethanol generates more power if compared the same engine running with AvGas, for other side, there is a consumption increasing, aorund 40% more and the emissions are decreased, what is a positive point with ethanol use as fuel. / No Brasil, hoje, há uma frota aproximada de 1500 aeronaves agrícolas efetuando operações diversas. A aplicação aérea de defensivos nas culturas agrícolas tem sido crescente nos últimos anos, gerando uma necessidade maior de aeronaves, pilotos agrícolas, peças de reposição e combustível, bem como, e principal quesito, a necessidade de redução dos custos operacionais. É neste ponto que este trabalho entra como gerador de conhecimento apresentando dados e resultados para a obtenção, no futuro, de um motor projetado para o uso de etanol equipar aeronaves de aplicação agrícola.Os custos operacionais das aeronaves agrícolas está baseado na manutenção e no combustível que ela utiliza, na grande maioria é a AvGas gasolina de aviação. O etanol vem com grande chance de reduzir significativamente estes custos, pois seu preço é inferior ao da AvGas, podendo chegar apenas 25% do preço desta. Os motores de aeronaves que voam atualmente com etanol são conversões, o que gera alguns problemas, dentre eles o mais significativo que é o aumento de consumo de combustível. A possibilidade de redução dos custos operacionais com a utilização de combustível produzido de fonte renovável e o desafio de se ter um motor projetado especificamente para o uso de etanol como combustível é o que motiva o estudo e direciona a pesquisa. O processo de desenvolvimento do projeto de sistema técnico, como o de um motor a etanol, é complexo e exige administração dos recursos humanos e materiais, coleta de informações, pesquisa e um rígido gerenciamento de todo o processo para tal desenvolvimento. A metodologia para desenvolvimento do estudo está baseada na pesquisa exploratória de bibliografia existente acerca de desenvolvimento de produtos e sistemas técnicos, motores aeronáuticos, aviação agrícola e normas para homologação de produtos e peças aeronáuticas para aplicação em aeronaves agrícolas. As informações obtidas estão apresentadas de maneira a fornecer uma base de dados capaz de suprir a necessidade de empresas, engenheiros e projetistas num desenvolvimento futuro. Os dados compilados e organizados formam a base para a apresentação dos fatores de influência no projeto de um motor a etanol para aplicação em aeronaves agrícolas. O conhecimento sobre a frota brasileira de aeronaves e os motores utilizados fornecem informações detalhadas sobre o tamanho e capacidade de cada aeronave e suas aplicações, bem como os motores necessários em cada uma destas aeronaves e suas características técnicas e operacionais. Obtêve-se a elaboração completa de todos os fatores de influência para o projeto de um motor aeronáutico a etanol direcionado para aplicação agrícola, tais fatores de influência estão subdivididos em quatro grupos que são: Escopo do projeto, análise comparativa dos motores, características da operação e normas e homologação. Informações e dados técnicos de motores e suas características foram avaliadas e comparadas entre si, de maneira a observar a tandência de utilização de motores na faixa de 151 à 300kW, onde mais de 80% dos motores empregados estão dentro desta faixa e na grande maioria consumindo AvGas. Motores a etanol geram maior potência em detrimento de aumento de consumo, da ordem de 40%, porém, as emissões de gases tóxicos são reduzidas, o que é fator positivo no uso do etanol como combustível.

The development of technologies to reduce turbofan engine noise reveals the fan noise, the first stage of an engine, as a great contributor for the total noise of an airplane. So a better understanding of the fan noise generation came up and motivated the construction of a fan rig test facility at the University of São Paulo in São Carlos by a partnership between the university and EMBRAER S.A.. The fan rig is composed of a long duct (12mlong) comprising a 16-bladed fan rotor and 14-vaned stator. The rotor is powered by an 100 hp electrical motor allowing speed up to 4250 RPM resulting in 0.1Mach axial flow. A 77-microphone wall-mounted array was designed for fan noise analysis. A cooperation with NASA-Glenn allowed data and information exchanging from their similar fan rig setup, the ANCF, grating then the validation of the in-house developed software. A short guide for duct-array is proposed in this work. Complex software was developed to process the data from the microphones array. We performed 3 different types of analysis: power spectral density, noise imaging obtained by acoustic beamforming and modal analysis.We proposed a different technique for modal analysis based on beamforming images in this work.We did not find any similar technique in the references. The results obtained by this technique were validated with data from ANCF-NASA. Comparative results are presented for both fan rigs, such as: power spectral densities for different fan speeds, modal analysis at the blade passing frequency (strong tones generated by the fan), noise imaging obtained by beamforming for rotating and static noise sources. Finally, results achieved in this work are in agreement with those observed in the references consulted. / Como desenvolver de tecnologias para redução de ruído de motores aeronáuticos turbofans, o ruído gerado pelo fan (primeiro estágio do motor) vem se mostrando cada vez mais um grande contribuinte na emissão total de ruído em um avião. Com isso, a necessidade de se estudar mecanismos geradores de ruído nestes motores veio à tona e motivou a construção de uma bancada de experimentos aero-acústicos junto àUniversidade de São Paulo, campus São Carlos, oriundo da parceria entre EMBRAER S.A. e Universidade de São Paulo. A bancada de ensaios compõe um conjunto rotor/estator, sendo que o fan (rotor) é equipado com 16 pás e a estatora 14 pás, conectado a um motor elétrico de 100 hp através de um eixo ao rotor, alcançando 4250 RPM com velocidade de escoamento axial médio de 0,1 Mach. Esta bancada é composta por um longo duto e a seção de ensaio com o fan localiza-se ao centro. Uma antena dispondo de 77 microfones foi especialmente projetada para fazer aquisição do ruído gerado pelo fan. Uma parceria com a NASA-Glenn possibilitou a troca de informações e dados experimentais de sua bancada de experimentos similar (ANCF) ajudando assim a validar os códigos desenvolvidos bem como comparar resultados para ambas as bancadas. Umpequeno roteiro para projeto de antena para análise modal e beamforming em duto é apresentado neste trabalho. Um complexo software foi desenvolvido a fim de processar sistematicamente os dados aquisitados pelos microfones da antena. Três tipos de análise são feitas: Via espectro densidade de potência; Imagem de ruído acústico obtido através da técnica de beamforming, e por último, análise modal. Uma técnica diferente para análise modal baseada em imagens obtidas através de beamforming é proposta neste trabalho. Nada similar foi encontrado nas referências consultadas. Os resultados foram validados com dados de fontes sintéticas produzidas pela bancada ANCF-NASA. Resultados comparativos para ambas as bancadas são exibidas neste trabalho, tais quais: Análise do espectro densidade de potência para diferentes rotações do fan; análise modal nas frequências de passagem das pás (forte ruído tonal gerado pelo fan); imagem acústica do ruído gerado tanto por fontes rotativas quanto para fontes estáticas. Finalmente, os resultados obtidos estão de acordo com o esperado e de antemão observados nas referências consultadas.

Entre as principais dificuldades do desenvolvimento de software de qualidade está a especificação e o projeto conceitual. Neste contexto, a modelagem de sistemas tem um papel importante, pois torna possível a análise das características do projeto e sua validação antes da fase de implementação. Esta tese aborda o problema de modelagem e análise do software embarcado de piloto automático de um VANT utilizando UML e a ferramenta CASE Rational Rose RealTime. A partir do modelo obtido são utilizadas três abordagens para sua análise e avaliação: (1) aplicação de um conjunto de métricas no código gerado pela ferramenta CASE; (2) integração do modelo implementado na ferramenta CASE com um simulador da dinâmica do VANT, desenvolvido em MatLab, de forma a verificar o comportamento do sistema em malha fechada; e (3) conversão do modelo em UML para redes de Petri, um formalismo matemático que permite a verificação formal de propriedades do sistema.