Sistema de comando de vôo Fly-by-wire associados com o conceito de estabilidade relaxada vêm trazendo vantagens às aeronaves comerciais nas últimas décadas, e um procedimento de projeto de sistemas de aumento de estabilidade e controle utilizando técnicas modernas traz como vantagem a redução no custo e no tempo de desenvolvimento, que são os principais empecilhos para implementação de sistemas deste tipo. Este trabalho apresenta o projeto de leis de controle para um sistema de controle de vôo empregando ferramentas de controle robusto, tais como H-infinitivo, síntese um e transformações lineares fracionárias (LFTs). As incertezas em geral ocorrem no modelo dinâmico da aeronave, em função de parâmetros tais como massa e momentos de inércia da aeronave, posição do centro de gravidade e condição de vôo (velocidade e altitude) são consideradas no projeto. O objetivo é encontrar um controlador que atenda aos requisitos de projeto tanto no ponto nominal como no caso de incertezas e variações destes parâmetros, apresentando assim robustez de estabilidade e de desempenho. O projeto de realimentação é baseado no parâmetro C*, que é largamente empregado na indústria aeronáutica, e permite avaliações e especificações de desempenho de forma simples e bem conhecida. Outros critérios bastante conhecidos na literatura são também empregados para uma análise mais completa de qualidade de vôo.

The main idea of this work is to apply the general theory of stability introduced by Lyapunov and to use linear matrix inequalities (LMIs) to study different issues in aeroservoelasticity. Many approaches have been developed on the control theory field involving LMIs, however, there is a limited number of works in the literature focused on aeroelasticity. That preliminary motivation allowed the development of different approaches on this topic. Three benchmark systems were used to evaluate and demonstrate these approaches. The first one is the three degree of freedom airfoil section and the second one is the AGARD 445.6 wing. The third benchmark system is the two degree of freedom pitch and plunge apparatus. The aerodynamic forces were computed using the Theodorsen';s theory and the Doublet Lattice method. Four different issues involving stability and control are discussed. The first one is the inclusion of structural uncertainties on the stability analysis. The second topic introduces the concept of continuous analysis and allows the study of stability of time-variant aeroelastic systems. The third issue comprises the design of controllers to suppress limit cycle oscillations in aeroelastic systems including discrete nonlinearities based on the Fuzzy Takagi-Sugeno modeling and, finally, the last topic proposes the use of Grammian matrices to determine the linear stability specially when a large number of cases of analysis are considered in the flight envelope. The introduced ideas are very promising for aeroservoelastic analysis using LMIs.

Esta dissertação tem como principal objetivo dar continuidade às análises experimentais exploratórias iniciadas em outros trabalhos semelhantes, buscando identificar os fatores contribuintes mais significativos para o fenômeno da deformação induzida em estruturas aeronáuticas. Neste trabalho foram avaliados os efeitos do nível de deformação do rebite (nível de conformação, ou de esmagamento), o efeito da inserção de pinos com interferência, a influência da anisotropia do material das chapas (direção de grão) à linha de rebitagem e o efeito da espessura para rebites de cabeça protuberante. Um experimento foi idealizado neste sentido e os resultados avaliados por meio de uma Análise de Variância (ANOVA). Uma formulação algébrica para a deformação induzida também é aqui desenvolvida.

This work presents the open-loop stability analysis and an active control strategy for an airbreathing hypersonic vehicle. The 14-XB, a bidimensional flow airframe derived from the Brazilian 14-X Aerospace Hypersonic Vehicle, is adopted as study platform. In order to perform such analyses, a simulation mathematical model of the airframe longitudinal forces and moments is obtained using perfect gas equations, after considering the relevance of the real gas hypotheses for the expected Mach number range and verifying that the simpler formulation is sufficient. An all-moving horizontal tail is designed in order to enable the aircraft trimming. The horizontal tail design considered simple constraints based on static analysis, and the same gas equations as those used for the airframe study. In order to analyze the aircraft';s dynamic behavior, a Six-Degree-of-Freedom set of equations of motion considering a spherical, rotating Earth is presented in detail, and the necessary conditions to have adequate longitudinal trimming in this scenario are discussed. The open-loop stability of the 14-XB with the designed horizontal tail is assessed through eigenvalue analysis and numerical flight simulations with the horizontal tail fixed at a trim position. Having observed that the aircraft presents unstable long-term natural modes, an active control strategy is suggested in order to stabilize the vehicle and track a desired flight path angle, assuming that thrust is constant and the control surface is an all-moving horizontal tail. The suggested control structure presents pitch stability augmentation system and flight path angle compensator. Optimal gains are calculated using linear quadratic design, along with a gain-scheduling strategy based on simultaneous control design, and the resulting controller presents proper results.

A decolagem de aeronaves leves com fortes ventos desalinhados com a pista é um evento arriscado que merece ser estudado por pilotos e engenheiros. Essa pesquisa levanta variáveis que afetam a resposta da aeronave quando submetida ao vento cruzado, mostrando as forças e momentos envolvidos e como as características da aeronave afetam sua estabilidade. Neste contexto, busca-se a segurança de voo e a aeronavegabilidade continuada utilizando modelos de análise de risco. A técnica conceitual STPA baseada na teoria de sistemas incorpora relações complexas entre as variáveis. Com esta ferramenta de análise de risco é possível mapear as relações de controle entre os componentes do sistema e entender como surgem ações de controle inseguras. Para investigar a participação de cada uma das variáveis, uma análise dos dados de uma campanha de ensaios em voo de expansão de envelope de vento cruzado da aeronave A-29 conduzida pelo Instituto de Pesquisas e Ensaios em Voo é realizada. Uma pesquisa descritiva permite a análise qualitativa das variáveis envolvidas e identifica técnicas de pilotagem, restrições e requisitos de segurança. O objetivo dessa pesquisa é identificar ações mitigadoras que possam ser exercidas por fabricantes, operadores e pilotos de aeronaves leves para que decolagens com vento de través sejam realizadas de maneira mais segura. Esse objetivo só é atingido através de uma abordagem sistêmica moderna, que explora a interação entre os componentes de uma relação de controle.

A utilização de painéis reforçados em estruturas aeronáuticas é explicada pela sua eficiência em resistir às solicitações mecânicas presentes nas estruturas como é o caso da flambagem, que é uma condição limitante de projeto, por isso, torna-se importante a avaliação das estruturas aeronáuticas em compressão. Um fator importante no desempenho das estruturas é o tipo de junta utilizada nos painéis reforçados; a união convencional dos componentes é dada por rebites, mas apresentam certas desvantagens em relação ao método de fixação por adesivos. Este método vem ganhando prestígio e muitos estudos estão sendo realizados na caracterização mecânica do mesmo, portanto, esta tecnologia exige estudos mais aprofundados. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento de juntas rebitadas e coladas em flambagem linear, pós flambagem até a falha de painéis longos de fuselagem e asa; e o comportamento das juntas em falha local de painéis curtos de fuselagem e asa, quando submetidos em compressão através dos métodos comparativos de ensaio e análise numérica. Os painéis foram instrumentados e ensaiados no Laboratório de Estruturas Aeronáuticas do ITA e depois avaliados via simulações pelo software ABAQUS 6.14-1 através das modelagens de perturbação linear e quase estática. Uma metodologia de análise numérica é proposta para modelar os painéis colados ensaiados, levando em consideração não linearidades geométricas e falha progressiva na interface reforçador/revestimento, revestimento e reforçadores. Apesar da pequena diferença entre os valores experimentais e numéricos para a carga de falha dos painéis longos de asa rebitados e colados, os resultados experimentais e numéricos mostraram boa correlação em todas as avaliações efetuadas. Além disso, conforme esperado os resultados determinaram comportamento superior para as juntas coladas em relação à junta rebitada em todos os casos analisados.

A poltrona de aeronaves comerciais tem um papel importante no sentido de proporcionar conforto para o passageiro, visto que ele permanece sentado a maior parte da viagem. O espaço para o passageiro é um aspecto muito discutido e que tem uma grande influência na percepção de conforto. Os aspectos econômicos levam as companhias aéreas a praticarem cada vez mais uma maior densidade de poltronas e consequentemente menores espaços para os passageiros em contraste com a preocupação das autoridades aeronáuticas, onde o espaço entre poltronas tem uma grande relevância para a garantia de condições de evacuação da cabine em situações de emergência. Aspectos de saúde também estão associados ao espaço entre poltronas, visto que reduzidos espaços podem levar o passageiro a uma condição de imobilidade na posição sentada, podendo causar problemas circulatórios e ocorrência de trombose venosa profunda. Pela análise da literatura, verificou-se que as questões de espaço entre poltronas não estão associadas apenas a distância entre poltronas, normalmente designada como pitch, mas sim a combinação deste com o design da poltrona. Dentro desse contexto essa pesquisa tem como objetivo geral estabelecer uma relação entre o design da poltrona e sua influência no desconforto percebido pelos passageiros de classe econômica em voos regionais. Para atingir o objetivo geral, foram definidos objetivos específicos que incluem uma revisão dos requisitos de certificação relacionados ao espaço entre poltronas, a análise das regiões do corpo que tem contato com a poltrona na posição sentada, a análise do perfil antropométrico dos usuários da poltrona e a influência da variação do pitch na percepção de desconforto pelos usuários. Diante desse cenário foi elaborado um procedimento experimental para avaliar em situações de uso três projetos diferentes de poltronas, instaladas em diferentes pitches em um mesmo tipo de aeronave. Conforme protocolo do procedimento foram coletados dados referentes ao perfil antropométrico dos voluntários, nível de desconforto percebido por região do corpo e avaliação da poltrona pelos usuários durante o procedimento experimental que simulou situações de uso da poltrona no interior de uma aeronave. Para avaliação foi utilizada a técnica do mapa corporal, que é uma técnica indireta de avaliação do desconforto. Os dados dos ensaios foram analisados com auxílio de ferramentas estatísticas. Os resultados mostraram uma relação entre o nível de desconforto e a realização de atividades. Nas poltronas avaliadas a capacidade de movimentação não foi limitada por aspectos de projeto da poltrona

Na aviação existem requisitos que devem ser cumpridos para que uma aeronave esteja aeronavegável. Estes requisitos são aprimorados em função da evolução tecnológica e com a investigação de acidentes que resultam em lições aprendidas. O enfoque desta pesquisa é no requisito de segurança de cabine que aborda a detecção de fogo e fumaça dentro dos compartimentos de carga nas aeronaves. Trata-se do requisito FAR part 25, 25.858, para cujo cumprimento é necessária a instalação de detectores de fumaça nos compartimentos. Pela análise da literatura, verificou-se que existe uma grande subjetividade para a definição da fumaça ideal na realização dos ensaios de certificação das instalações do sistema de detecção de fumaça, uma vez que o critério utilizado é um vídeo disponibilizado pelo FAA (Federal Aviation Administration), porém vários fatores influenciam na escolha da fumaça ideal, como a iluminação do ambiente, ventilação, cor de fundo apresentados no vídeo. Dentro desse contexto essa pesquisa tem como objetivo principal determinar uma recomendação de calibração dos equipamentos utilizados para os ensaios de detecção de fumaça. Para atingir o objetivo principal, foram definidos objetivos específicos que incluem Definir a fumaça padrão através do Engineering judment de especialistas do ramo, propor uma instrumentação para a calibração da fumaça, caracterizar a fumaça através da instrumentação proposta. Diante desse cenário foi elaborado um procedimento experimental para avaliar diferentes fumaças, medi-las para identificar a resposta da instrumentação proposta por essa pesquisa, e conforme protocolo do procedimento, caracterizar a fumaça ideal através de dados mensuráveis de transmissibilidade. Os dados dos ensaios foram analisados com auxílio de ferramentas estatísticas. Os resultados mostraram que a instrumentação proposta é efetiva e foi determinada uma recomendação para a calibração dos equipamentos.

Los sistemas para la Guía, Navegación y Control (GNC) es una rama de la ingeniería que trata del diseño de sistemas para el control de movimiento de vehículos, sobre todo, automóviles, barcos, aviones y naves espaciales. En este estudio, se desarrolló un mapeo sistemático y una revisión sistemática para presentar una revisión de los estudios primarios relacionados con los algoritmos para el desarrollo de controladores de vuelo de sistemas para la Guía, Navegación y Control de aeronaves. Un mapeo sistemático es una metodología que brinda después de un proceso de investigación sistemática, un mapa resumen visual de sus resultados. Una revisión sistemática es una revisión de la literatura enfocada en un tema de investigación que trata de identificar, evaluar, seleccionar y sintetizar todas las pruebas de investigación de alta calidad relevante a una pregunta específica. El procedimiento de mapeo sistemático identificó 13 014 estudios, de los cuales 179 fueron identificados como relevantes para responder la pregunta de investigación en referencia a los algoritmos para guía, navegación y control de aeronaves más usados por los investigadores aeroespaciales. Sobre la base del mapeo sistemático, se realizó el procedimiento de búsqueda sistemática, de este procedimiento se seleccionaron 12 estudios relevantes para responder la pregunta de investigación en referencia a lo que se sabe actualmente sobre los algoritmos usados para el desarrollo de sistemas de control no lineal y sistema de control adaptativo de aeronaves. Basado en la respuesta del mapeo sistemático realizado, los algoritmos de investigación usados para los Controladores de vuelo de sistemas para la Guía, Navegación y Control de Aviones (GNC) se concentran en 3 ejes principales: Guía, Navegación y Control; de estos ejes de estudio los investigadores mayormente se enfocan en el desarrollo de algoritmos para control de aviones. Basado en la respuesta de la revisión sistemática realizada, se llegó a la conclusión que los investigadores aeronáuticos están enfocados en el desarrollo de Controladores Adaptativos no lineares basados en el algoritmo de Lyapunov y/o en el algoritmo Dynamic Inversion para sistemas con comportamiento no linear , y el algoritmo de Redes Neuronales para sistemas con comportamiento adaptativo. El documento está destinado a profesionales y académicos que investigan en el campo del desarrollo de software para la Guía, Navegación y Control de Aviones ( GNC). Contribuye a resumir el conjunto de conocimientos en el campo y los esfuerzos directos para las investigaciones futuras en el desarrollo de software para GNC de Aeronaves / Tesis

El mantenimiento predictivo en líneas eléctricas es un trabajo necesario pues este garantiza que los usuarios de energía eléctrica tengan un servicio de calidad. Este trabajo se realiza con cámaras termográficas o de efecto corona ya que estas detectan potenciales fallos en las líneas. Las líneas eléctricas recorren todo tipo de terrenos, incluso algunos no accesibles por tierra, por lo que este mantenimiento se lleva a cabo usando helicópteros y vehículos todo terreno, lo que lo hace costoso, lento e ineficiente considerando que las líneas eléctricas se tienden por miles de kilómetros. Actualmente, también se hace uso de vehículos aéreos no tripulados para llevar a cabo este mantenimiento; sin embargo su operario debe volarlo a la vez que reconoce las fallas, por lo que este método también puede resultar lento y a la vez riesgoso para el sistema, pues el operario lo puede llevar cerca de las líneas eléctricas y dañar sus circuitos debido al campo magnético de estas. En el presente trabajo se buscó hacer un mantenimiento predictivo basado en termografía en líneas de alta y media tensión más rápido, sencillo, seguro y menos costoso comparado con los métodos convencionales para las empresas mediante el uso de un hexacóptero autónomo que lo lleve a cabo. Para poder lograr lo propuesto se hizo uso de una cámara termográfica que detecta los posibles fallos en las líneas, además de una cámara de profundidad que le da autonomía al sistema ya que con esta se pueden seguir las líneas, evitar obstáculos, mantenerse a una distancia preestablecida del suelo, entre otras características. Este sistema puede realizar la inspección a 30km/h, no necesita de operarios que lo manejen, se mantiene a una distancia segura de las líneas y a largo plazo resulta ser menos costoso que transportarse en helicóptero o en vehículos todo terreno para realizar la inspección. / Tesis