Este trabalho investiga a aplicação de algoritmos genéticos no projeto estrutural preliminar de uma asa fabricada com materiais compósitos. O objetivo desta otimização é basicamente a minimização do peso estrutural, sujeito às restrições de projeto de carga crítica de flambagem e índice de falha dos laminados (HILL). As variáveis de projeto são classificadas em variáveis de dimensionamento (230 variáveis) e variáveis geométricas (47 variáveis). As variáveis de dimensionamento dos revestimentos, das longarinas e das nervuras da asa são as direções principais dos laminados, o número de camadas a 0, 90, -45 e +45 e a seqüência de laminação. Entre as variáveis geométricas estão as posições das nervuras com relação à raiz da asa na direção da envergadura e os ângulos das nervuras em relação ao eixo longitudinal do avião. A seqüência de laminação utilizada é consistente com o processo de fabricação por "Automatic Tape Laying" - ATL. É proposto um novo processo de otimização onde as etapas de projeto em CAD e o processamento da geometria obtida em CAE (processadores de malha de elementos finitos), visando geração de malhas, são substituídas por um gerador de malhas programado em "Visual Basic for Applications" - VBA, integrado ao "Microsoft Excel ". Este novo processo acelera a análise dos indivíduos permitindo maior rapidez na evolução do algoritmo genético. Quanto à estratégia de otimização, esta foi voltada para redução do tempo computacional. Malhas muito refinadas inviabilizam a aplicação do algoritmo em problemas com muitas variáveis, pois o número de iterações para a convergência aumenta muito com o número de variáveis. Para minimizar este problema se utilizou uma estratégia de otimização onde as malhas de elementos finitos tem seu refinamento variável. Nas primeiras gerações da otimização as malhas são mais grosseiras, permitindo boa exploração do espaço amostral sem aumento significativo do custo computacional. Na medida que a otimização vai convergindo a malha passa a ser mais refinada, possibilitando obtenção de resultados mais confiáveis ao fim da otimização.Além do refinamento progressivo utilizou-se da separação de variáveis para dar mais eficiência ao processo de otimização. Variáveis associadas somente aos laminados foram otimizadas em série com a otimização das variáveis associadas somente à geometria. Este processo de separação das variáveis em subproblemas mostrou-se bastante eficiente já que evita o agrupamento em um mesmo problema de variáveis de naturezas tão diferentes, além de permitir processamento com número reduzido de variáveis em cada etapa. Na etapa de otimização dos laminados se buscou a minimização do peso estrutural, enquanto na etapa de otimização do posicionamento das nervuras buscou-se a maximização do fator de carga crítica de flambagem. Após o estudo detalhado da influência dos parâmetros do algoritmo genético no comportamento da otimização foi possível a criação de diretrizes àqueles que buscam maior eficiência (menor custo computacional) em uma otimização qualquer.

Os desafios atuais no segmento de aviação civil compreendem desde a crescente competição entre as empresas aéreas até a rápida reação à volatilidade dos preços de combustível. Nesse cenário, predizer a ocorrência de falhas dos sistemas aeronáuticos e otimizar a manutenção programada das aeronaves podem representar um potencial ganho competitivo. Este trabalho apresenta um estudo de caso de emprego do prognóstico de falhas em um anemômetro de fio quente. O desenvolvimento está baseado em dados históricos da frota, em uma compreensão detalhada da operação do sistema de ventilação e no efeito produzido pela degradação do sinal do sensor. A metodologia utilizada no decorrer do estudo consiste da aquisição e tratamento dos dados, da extração das características que descrevem o comportamento de deterioração do sensor e da utilização de uma técnica de prognóstico. Um método não-paramétrico também é usado para estimar as incertezas associadas ao prognóstico. As conclusões expostas apontam para uma solução relativamente simples para predizer falhas no anemômetro com antecedência suficiente para evitar manutenções não-planejadas e, portanto, reduzir custos operacionais.

Um sistema eficiente de prognóstico é capaz de reduzir o número de paradas não programadas e conseqüentemente gerar uma redução em custos de manutenção. Devido à grande competitividade da área de atuação, a indústria aeronáutica tem voltado sua atenção a sistemas deste tipo com a finalidade de maximizar a vida útil de seus equipamentos, aumentar sua disponibilidade e reduzir os seus custos de operação e manutenção, otimizando assim a eficiência operacional de suas aeronaves. O presente trabalho apresenta uma metodologia de prognóstico de falhas baseada em modelo para o sistema do estabilizador horizontal da aeronave EMBRAER 190. Para realizar a previsão do tempo de vida útil remanescente do sistema, esta metodologia utiliza a modelagem do mesmo e o monitoramento de resíduos através de equações de paridade. O pós-processamento destes resíduos permite avaliar a severidade atual da condição de degradação do sistema e a estimação do tempo para se atingir a severidade máxima projetada em que a falha é declarada. Os resultados obtidos utilizando-se o modelo do sistema do estabilizador horizontal e a inserção das falhas simuladas típicas mostram o grande potencial para a utilização de modelos, quando possível, no desenvolvimento de um processo de PHM de alto desempenho.

The study evaluates an alternative for collection, monitoring and data analysis of functional check tasks during aircraft operation, analyzing new possibilities for adjusting (and extending) their intervals. A system of data collection and storage for a functional check task is proposed and ways to guarantee the quality, integrity, transparency and composition of the information is discussed. Methods to analyze the data are evaluated. Statistical models to monitor and provide subsidies are developed to aid decisions based on confidence level. The information is presented considering adaptation to approved formats and standards such as ATA SPEC 2000 (Chapter 11). Criteria for evaluating effectiveness of tasks and possible cases for extension / adjustment of tasks are developed. A case study is presented showing results that will bring economic benefits to airlines.

O presente estudo tem como objetivo determinar a trajetória ótima de uma aeronave no segmento de decolagem, mais especificamente no segmento no ar, entre o descolamento e 35 pés de altitude. A trajetória ótima visa a obtenção do menor comprimento de decolagem possível para uma dada configuração, resultando em uma melhora no desempenho em pista da aeronave. Para obtenção da trajetória é utilizado o método de otimização, onde o controle de profundor é parametrizado em função da altitude através de uma razão de polinômios. A otimização tem como resultado os coeficientes da razão de polinômios que resultam no menor comprimento de pista. São impostas diversas restrições à otimização, com o intuito de se atender aos requisitos de desempenho estabelecidos pelos órgãos homologadores. O estudo é realizado com auxilio de um simulador de voo de engenharia, utilizado para análises de qualidade de voo de uma aeronave comercial de 110 passageiros. A decolagem é simulada considerando a falha de um dos motores, respeitando o procedimento estabelecido pelo requisito. Com base no resultado obtido, espera-se um ganho de até aproximadamente 100 kg no peso máximo de decolagem em uma dada pista, ou redução de 10 metros de pista para o mesmo peso.

O sucesso de uma empresa fabricante de aeronaves está intrinsecamente ligado à estratégia corporativa seguida pela mesma, e não somente às características do produto, pois o mercado de aviação possui altos riscos envolvidos. É importante salientar que essas estratégias podem, em cenários adversos inesperados, gerar resultados negativos. Portanto, quanto melhor for a avaliação dos fatores envolvidos, menos suscetível estará a empresa. É nessa conjuntura que a Embraer determinou como uma possível estratégia a instalação de uma unidade fabril em Melbourne, nos Estados Unidos. Com isso a empresa, entre outros fatores, reduz os riscos de tornar-se alvo de políticas protecionistas, podendo até mesmo beneficiar-se destas políticas. Contudo, qualquer estratégia empresarial no mundo da aviação deve ser analisada dentro do escopo da certificação aeronáutica. Assim, o presente trabalho apresenta um estudo de caso em que é considerado, sob a perspectiva de certificação da unidade fabril, qual autoridade primária de certificação civil, a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC) ou a Federal Aviation Administration (FAA), adequar-se-ia melhor aos objetivos estratégicos da empresa. Portanto, um estudo dos cenários é realizado, através da metodologia SWOT, onde a análise das políticas, acordos e regras das autoridades do país de origem e do país de implantação da fábrica são consideradas de maneira a obter um panorama comparativo destes ambientes, de forma a validar ou não a decisão da empresa. Após as análises e considerações supracitadas, a certificação da unidade de Melbourne através da FAA foi definida como a mais adequada aos objetivos da Embraer, ratificando a posição da empresa.

O lançamento de carga em voo a baixas alturas, também denominado manobra LAPE (Low Altitude Parachute Extraction), é uma forma de abastecer tropas em solo e populações em missões humanitárias quando o ambiente não é propício para pouso. Essa manobra é realizada muito próxima ao solo e provoca uma grande variação do centro de gravidade da aeronave, o que a expõe à instabilidade. A instabilidade conjugada com a baixa altura caracteriza essa manobra como de alto risco, exigindo muita habilidade, experiência e esforço do piloto. Diante desse contexto, nesse trabalho foram implementados sistemas de controle a fim de diminuir a carga de trabalho do piloto e o risco envolvido na manobra. O lançamento de carga em voo foi modelado considerando variações no CG e variações da massa do avião. Duas técnicas foram utilizadas para a implementação do controlador: o método LQ e o método da linha de controle robusto H? Loop Shaping. Foram realizadas análises de robustez com respeito ao desempenho e à estabilidade na malha fechada do sistema para os controladores obtidos. A análise de estabilidade se baseiou nas variações paramétricas do modelo que consiste nas variações do CG e da massa. A análise de robustez com respeito ao desempenho foi realizada utilizando as funções sensitividade e sensitividade complementar além da análise da influência do vento estocástico no sistema, representado pelo modelo de Dryden.

O trabalho desenvolvido nesta dissertação busca um melhor entendimento da tecnologia de partida elétrica de motores aeronáuticos em corrente alternada como alternativa interessante e mais eficiente que os arranques-geradores com escovas e os sistemas pneumáticos, além de possuir aderência natural à filosofia "More Electric Airplane" (MEA). Como base para os cálculos para o dimensionamento do sistema de partida elétrica sem escovas identificou-se as curvas de torque do arranque-gerador e do motor de propulsão, e, a relação da rotação das máquinas com o tempo de partida. O equacionamento proposto visou obter uma estimativa da energia que seria demandada pela fonte de energia elétrica; no caso, baterias. A partir da demanda de energia calculada, analisaram-se as opções de bateria disponíveis para o atendimento do sistema e, com isso, identificaram-se limitações das opções disponíveis para o atendimento da demanda dos aviões analisados, quatro aeronaves com categorias distintas de motor. Analogamente, encontraram-se limitações para futuros desenvolvimentos de baterias no que diz respeito ao peso, volume e custo. O resultado principal do trabalho estabeleceu a criticalidade do uso de baterias para a partida elétrica em corrente alternada de motores aeronáuticos de acordo com a classe de tração.

A redução dos impactos ambientais ocasionados pela operação de aeronaves vem sendo alvo de interesse. Neste contexto, insere-se a redução dos níveis de ruído permitidos em pousos e decolagens devido ao crescimento do número de residências próximas a aeroportos. Nessas regiões, há sensores estrategicamente localizados capazes de medir o ruído, acarretando pesadas multas aos operadores caso desrespeitem certos limites. Isto exige que sejam encontradas alternativas para aeronaves cujos projetos são antigos, quando limites impostos pelas autoridades aeronáuticas eram mais brandos. Uma medida é atuar sobre os comandos da aeronave, executando procedimentos de decolagem e pouso com nível de ruído percebido EPNL ("Effective Perceived Noise Level") em dB reduzido. Neste trabalho analisa-se a trajetória de decolagem em busca de uma solução ótima que minimiza o ruído no ponto de interesse nesta fase de vôo. A dinâmica do problema é modelada através de equações diferenciais de movimento tridimensional e massa da aeronave concentrada, sem levar em conta sua dinâmica de corpo rígido já que esta não influencia no modelo de predição de ruído. Considera-se como fonte de ruído apenas os motores. Através de restrições não lineares, garante-se que a trajetória otimizada respeita limites físicos da aeronave. A atmosfera é modelada sem vento e segue o modelo de atmosfera padrão da ICAO, amplamente utilizado pela indústria em cálculos de desempenho. Por sua vez, o modelo dos motores é construído com curvas de tração em função de altitude e Mach de vôo, as quais provêm de dados conhecidos de motores reais, cujos valores serviram para ajustar um modelo termodinâmico teórico de motor turbojato. Parâmetros do modelo como a massa da aeronave, suas dimensões e suas características aerodinâmicas foram tomadas de um avião bimotor a jato de pequeno porte, cujos dados foram encontrados na literatura. Isto torna o modelo fisicamente similar à aeronave Bombardier Learjet 25.

É realizada uma avaliação de segurança dos Sistemas de Controle Ambiental de uma aeronave da categoria Transporte Leve Militar, projetada para realizar diversas missões como: Transporte de cargas; Lançamento de cargas; Transportes médico, de tropas, de autoridades, e de Pára-quedistas, além da Patrulha costeira. A Avaliação da Segurança (Safety Assessment), elaborada para cada um dos sistemas da aeronave tem como foco a área de Sistemas de Controle Ambiental. Inicialmente são definidos os requisitos do sistema, seguindo-se o Estudo de Falha Funcional (Functional Hazard Assessment - FHA). Em paralelo, é definida a arquitetura do sistema. Posteriormente são realizadas a Análise de Efeitos e Modos de Falha (Failure Modes and Effects Analysis - FMEA) e a Análise pela Árvore de Falhas (Fault Tree Analysis - FTA) para as falhas que são classificadas como hazardous ou catastrophic. Essas três etapas compõem o "Safety Assessment". O estudo é realizado de forma qualitativa e demonstra os passos que o Sistema de Controle Ambiental de uma aeronave atenda os requisitos de segurança. Esse trabalho também tem como objetivo incentivar futuros estudos relacionados à segurança de voo para assegurar operações aéreas cada vez mais seguras.