Este trabalho apresenta um estudo das normas aplicadas à certificação de veículos aéreos não tripulados ao redor do mundo e apresenta uma proposta de regulação aplicável ao Brasil. O estudo apresenta as especificações de uma aeronave não tripulada projetada para inspeção de linhas aéreas de transmissão, já que a proposta de regulação apresentada é voltada para aeronaves deste porte. É apresentado um resumo sobre o funcionamento da regulação para aeronaves tripuladas. São apresentadas as regulações de VANT existentes nos EUA, Suécia, Japão, África do Sul, Reino Unido e Austrália. Considerações sobre as limitações para o crescimento do setor são apresentadas junto a comentários sobre futuras tendências. Ao final, é apresentada a proposta de regulação para aeronaves não tripuladas de pequeno porte. Dentre as limitações destaca-se o peso máximo de decolagem obrigatoriamente menor que 150 kg e autorização para voo apenas em espaço aéreo não controlado.

Os projetos de aeronaves são realizados de modo que uma falha simples não inviabilize a continuação do voo e o subsequente pouso em segurança. Porém, muitas das falhas necessitam ser reparadas em solo para que a aeronave retorne a voar, causando impactos negativos na sua produtividade e eficiência, fatores fundamentais para que uma aeronave obtenha sucesso comercial. Neste trabalho foi realizada uma análise da confiabilidade de três sistemas elétricos de uma aeronave executiva para até nove passageiros, na condição de operação normal e na condição de despacho com um dos geradores inoperante. Foram estudados: um sistema convencional utilizado por aeronaves com comando de voo mecânico, um sistema com Ram Air Turbine - RAT utilizado por aeronaves fly-by-wire, e um sistema com Auxiliary Power Unit - APU. As condições de falha dos sistemas elétricos foram identificadas, classificadas de acordo com sua severidade e tiveram suas probabilidades de ocorrência estimadas através do método conhecido como árvore de falhas, mostrando conformidade com os requisitos mínimos de aeronavegabilidade estabelecidos pelo Regulamento Brasileiro da Aviação Civil. Para o caso da arquitetura com um gerador elétrico adicional na APU, é mostrado que a condição de despacho da aeronave com um dos geradores inoperante mantém os níveis de confiabilidade de acordo com os requisitos de aeronavegabilidade, resguardando-se pequenos impactos operacionais, porém obtendo-se um ganho em termos de produtividade e eficiência da operação da aeronave.

Acidentes aeronáuticos causados por colisões com fauna são eventos relativamente raros, mas já vitimaram mais de 440 seres humanos no mundo. Todavia, colisões com fauna são o tipo de incidente mais repetitivo na aviação, sendo grande parte delas registrada quando a aeronave está voando próximo ao solo, na aproximação para pouso ou após a decolagem, utilizando a parcela do espaço aéreo mais ocupada pelas aves. Tal distribuição espacial contribuiu para que a International Civil Aviation Organization (ICAO) tenha concentrado esforços no gerenciamento este risco nos aeródromos. Entretanto, o operador de aeródromo tem capacidade reduzida para alterar a disposição de atrativos que estimulam o movimento das aves em busca de água, alimento e abrigo fora da propriedade aeroportuária, ínfima diante da Área de Segurança Aeroportuária (ASA). A Constituição Federal estabelece que o transporte aéreo, o saneamento básico e o parcelamento do uso do solo são da responsabilidade do poder público. A realidade brasileira registra deficiências em serviços de saneamento básico e na fiscalização de atividades estabelecidas na ASA na maioria dos municípios. Este panorama indica premência para integrar o setor aéreo no registro de informações incontestes para aplicação da Lei Federal n 12.725, reduzindo o potencial atrativo dentro da ASA e o risco de acidentes. O desenvolvimento de um modelo integrado de Safety Management System (SMS) para gerenciar este risco, adaptado à cultura nacional, e baseado na cultura positiva de segurança e nas melhores práticas internacionais dará suporte à mudança cultural nas organizações em direção à redução do risco de fauna. O resultado da abordagem integrada, dentro do setor aeronáutico nacional, proporcionará aplicabilidade à Lei Federal, concretizando a responsabilização dos stakeholders contribuintes para a colisão, estimulando seu trabalho preventivo, antes que acidentes de maior proporção causados por colisões com fauna venham a vitimar seres humanos, no solo e em voo, no Brasil.

No permanente esforço de aumentar a segurança de voo, estudos sobre os fatores humanos envolvidos na interação entre pilotos e sistemas de voo automático têm se tornado primordial nas duas últimas décadas. O entendimento de como ocorre a interação entre homem e máquina no ambiente automatizado da cabine das aeronaves de última geração tem como foco principal o gerenciamento da trajetória da aeronave e do seu estado de energia, visando assim a mitigação de eventos indesejáveis. Esses estudos salientam a preocupação quanto ao excesso de confiança que pilotos têm delegado ao sistema de voo automático gerando dependência do mesmo, baixo estado de vigilância, confusão entre os modos disponíveis, e degradação da habilidade dos pilotos em realizar o voo manualmente. Diferentes modelos de treinamento, bem como diferentes políticas operacionais exercem o papel principal na determinação das doutrinas operacionais quanto ao uso do sistema de voo automático, objetivando a eficácia nas operações das empresas aéreas. Alguns especialistas apontam para a necessidade de rever certos modelos de instrução, os quais necessitam dar maior ênfase em conhecimentos e habilidades específicos que os pilotos precisam desenvolver para melhor utilizar e interagir com a aeronave e seus equipamentos automatizados embarcados. O escopo deste estudo é analisar a percepção dos pilotos das aeronaves A320, A330 e B777 quanto ao uso do sistema de voo automático na fase de aproximação para o pouso, e dentro deste contexto, identificar os principais fatores envolvidos no gerenciamento da aeronave e as sugestões de possibilidades de melhor aproveitamento do sistema. O estudo, de base descritiva, utilizou um questionário com perguntas do tipo Likert, que foi respondido por 279 pilotos, para o levantamento da percepção deles quanto ao uso do sistema de voo automático daquelas aeronaves. Os resultados mostram que os pilotos têm consciência das vulnerabilidades existentes no sistema de voo automático e apontam para a necessidade de despender maior atenção no treinamento sobre o seu uso e suas características. A relevância deste estudo reside na oportunidade de levar esta discussão para vários setores envolvidos com a operação aérea, contribuindo para aumentar o alerta situacional sobre a questão, além de propor futuros estudos relacionados à melhoria do modelo de instrução dos pilotos.

Multi-disciplinary Design Optimization highly demands computational resources, therefore it is important to develop design tools with low computational cost without compromising the fidelity of the model. The main goal of this work was to establish a methodology of training artificial neural networks for specific purposes of aircraft aerodynamic design, in order to substitute a computational fluid dynamics software in an optimization framework. This neural network would predict the lift and drag coefficients for an airliner';s wing-fuselage configuration based on its planform, airfoil, and flight condition parameters. This work also aimed to find the structure and the size of the network that best suits this problem, setting up references for future works. The aerodynamic database required for the neural network training was generated with a full-potential multiblock code. The training used the back propagation algorithm, the scaled conjugate gradient algorithm, and the Nguyen-Widrow weight initialization. Networks with different numbers of neurons were evaluated in order to minimize the regression error. The optimum networks reduced the computation time for the calculations of the aerodynamic coefficients in 4000 times when compared with the full-potential code. The average absolute errors obtained were of 0.004 and 0.0005 for lift and drag coefficients, respectively. We also propose an adapted version of the back propagation algorithm that allows the computation of gradients for optimization tasks using the artificial neural networks.

Airplane design consists of putting together several thousand parts to ultimately fulfill a set of requirements defined principally by airlines, manufacturers, and certification authorities. From the traditional perspective of an airline, an interesting airplane is one that is capable of generating the highest revenue with minimum operating cost - a maximum profit airplane. However, the airline industry is constantly broadening its consideration of what constitutes a nice-to-buy airplane. In recent times, not only economics, but also environmental considerations, are taking part in fleet-planning considerations. Following this trend induced by environmentally-aware passengers, and noise and pollution-related charges, airplane conceptual design methodologies are being expanded to incorporate methodologies for preliminary assessment of airplane noise and emissions. During the development of this dissertation, a group of airplane design methodologies was compiled and integrated into a design framework. This design framework was then expanded to incorporate noise and emissions estimation routines. This expanded group is then made into design functions and put through an automated design optimization process. In order to test both the design methodologies and the optimization techniques, two test cases are run: a long range, transcontinental jet and a mid-size regional jet. These test designs are initially single-objectively optimized for direct operating costs, noise and emissions. Then, the airplanes are optimized for pairs of these design objectives. Finally, they are optimized for the three objectives simultaneously. Results and suggestions for future works are presented.

Atualmente, o mercado tem mostrado uma tendência da necessidade por aeronaves cada vêz mais rápidas, exigindo o voo para um alto número de Mach. Com o intuito de obter o desempenho ótimo para essa condição, é extremamente necessário observar os efeitos no arrasto advindos da compressibilidade e esses são mensurados através da análise do Drag Rise. Nesse âmbito, o presente estudo tem como objetivo, no nível de projeto preliminar, observar a influência no comportamento do Drag Rise de um sistema asa-fuselagem dada a variação de alguns parâmetros que definem a forma da asa, tais como: enflechamento, espessura, afilamento e alongamento, além de algumas condições de voo modeladas através do coeficiente de sustentação global da aeronave e do número de Reynolds de voo. Uma vez definidos os parâmetros de entrada da análise, estes são colocados no cartão de entrada do programa BLWF, que calcula a aerodinâmica do sistema asa-fuselagem para uma condição pré-definida. Deste programa são extraídos, como dados de saída, os seguintes arrastos: induzido, de atrito, de pressão e de onda. De posse desses arrastos, é feita a soma de seus componentes e calculada a variação da compressibilidade. Tendo a ultima quantificada, a análise do Drag Rise é feita plotando a variação do arrasto de compressibilidade ( CD) vs número de Mach, e assim, é avaliado a influência dos parâmetros anteriormente citados (enflechamento, espessura, afilamento, alongamento, coeficiente de sustentação global e número de Reynolds) em que é observado se o Drag Rise ocorre mais próximo ou mais longe do número de Mach igual a um.

O presente trabalho trata do estudo de uma técnica de controle de sistemas aplicada ao problema do vôo em seguimento de terreno de uma aeronave de grande porte. O problema em si surgiu devido à invenção do radar e do míssil terra-ar, criando a necessidade da aeronave se esconder, voando baixo e usando o relevo como escudo. Muitos equipamentos e aeronaves foram desenvolvidos para realizar a tarefa, sendo alguns apresentados neste texto. Existem critérios de QDV - qualidade de vôo - específicos para o vôo em seguimento de terreno, a maioria criados na década de 1960, sendo eles considerados como requisitos neste estudo. Os métodos tradicionalmente utilizados para realizar a tarefa são apresentados, sendo feita uma revisão da bibliográfica existente. O modelo de aeronave usado é o Boeing 747-100, tendo os seus coeficientes de estabilidade e controle levantados e o modelo matemático construído no Matlab/Simulink, sendo então linearizado para a aplicação da técnica de controle em estudo. Os requisitos para o sistema de controle projetado são então explicitados, sendo extraídos, basicamente, dos critérios de qualidade que são apresentados neste trabalho. A técnica de controle aplicada ao problema é uma malha interna que usa uma estrutura de controle de dois graus de liberdade de Kreisselmeier, criando um CAS - sistema de aumento de controle - de aceleração normal, e uma malha externa de controle de altitude que usa um controlador do tipo avanço de fase. Alguns critérios de QDV são aplicados ao sistema controlado, tendo apresentado bons resultados para condições de vôo favoráveis (baixa massa e alta velocidade), enquanto que em condições menos favoráveis (maior massa e menor velocidade) os resultados dos testes de QDV variaram de aceitáveis até insatisfatórios. Um terreno também é gerado para realizar o teste de performance na tarefa de seguimento de terreno, sendo que os resultados atingidos são bastante bons, conseguindo o sistema seguir a trajetória de referência para todos os casos, exceto no de maior massa e menor velocidade.

É proposta uma arquitetura para ensaios de sistemas de controle e guiamento de aeronaves não tripuladas em ambiente real de voo, tendo como requisitos básicos a implementação com custo baixo e a operação segura. A plataforma implementada a partir da proposta apresenta capacidade de guiamento e controle autônomos para navegação em rotas pré-determinadas, estabilização automática de atitude, e armazenamento de dados de voo. A proposta se baseia no conceito de RIG Aviônico, tradicionalmente utilizado para a realização de ensaios em solo para certificação de sistemas aviônicos de aeronaves tripuladas. O conceito é expandido para um "RIG Voador", que tem como objetivo principal a determinação do comportamento de sistemas de guiamento e controle embarcados, em situações de voo real e em situações limite. As alternativas para a utilização de componentes off-the-shelf de baixo custo existentes no mercado são identificadas, objetivando a implementação da proposta. São detalhadas as etapas de desenvolvimento do sistema de navegação e controle, bem como sua integração na aeronave utilizada como plataforma para implementação do exemplo de aplicação. Os ajustes nos sistemas de guiamento e controle foram realizados com a utilização do método de Ziegler-Nichols. A capacidade de integração de um sistema de guiamento e controle secundário foi testada através do uso de um sistema de rádio-controle independente. Os resultados obtidos mostram que o conceito de "RIG Voador" pode ser usado para a avaliação de componentes, e de sistemas de guiamento e controle a serem embarcados em VANTs.

Atualmente durante a certificação de ruído de decolagem Part36 não é permitido se alterar a configuração aerodinâmica da aeronave, ou seja, com exceção do trem de pouso que deve ser recolhido, a posição dos dispositivos hipersustentadores deve permanecer constante durante toda a decolagem. Com isso, o desempenho da aeronave fica prejudicado, de forma que tanto a altitude final da aeronave quanto a redução de tração poderiam ser maiores caso ocorresse recolhimento de dispositivos hipersustentadores durante a subida, melhorando a eficiência aerodinâmica. O objetivo deste trabalho é estudar as possíveis melhorias em ruído aeronáutico de sobrevôo que possam advir do recolhimento de dispositivos hipersustentadores durante o procedimento de certificação de ruído. O estudo é feito através de otimização de trajetória e os resultados são comparados a uma trajetória de referência para quantificar a diminuição de ruído obtida. Os resultados indicam que um ganho significativo do ponto de vista de ruído pode ser obtido somente com esta mudança de procedimento, sem precisar alterar a aeronave propriamente dita.