Este trabalho apresenta uma maneira prática de combinar as técnicas atuais de otimização multicritério com as de escalonamento de ganhos e aplicá-las a um caso prático de controle de vôo de movimento longitudinal de aeronave. Para o projeto foi considerado um modelo simplificado de aeronave e definido um controle baseado na realimentação da velocidade de arfagem, do ângulo de ataque e do fator de carga, além das respectivas características de período curto e fugóide, bem como da resposta a um degrau de referência que deviam ser atingidas para a qualidade de vôo desejada. A partir do estudo do envelope de vôo do modelo, definiu-se uma distribuição linear dos pontos de operação do escalonador no espaço do envelope. Em cada ponto de operação foram executados dois algoritmos de otimização: um baseado na Teoria de Jogos Multi-objetivos, do Prof. J. F. Nash e o outro num modelo de algoritmo genético de modo a obter os melhores ganhos para aquele ponto de operação. Depois foi aplicado um algoritmo de interpolação linear nos pontos do escalonador de maneira a obter os parâmetros do controlador para qualquer ponto de operação dentro dos limites do envelope de vôo. Ao fim foi efetivada uma validação da lei de controle escalonada gerada com a simulação e cálculo dos parâmetros de qualidade para pontos dentro do envelope de vôo. São apresentados ao longo do trabalho os resultados de uma aplicação prática, bem como boa parte dos algoritmos e modelos usados para implementação.

Since the beginning of commercial operation twin-engine airplanes are limited to flying in a distance equivalent to 60 minutes, with one inoperative engine, from an airport. This limitation restricted for years the twin-engine operation on very important route such as the North Atlantic route, between United States and Europe. Based on requests from operator and aircraft manufactures during the 1980s the American aviation authority - FAA - issued an extension allowing the operation beyond the 60-minute rule. This extension was called ETOPS. With this extension the commercial operator of a twin-engine airplane should fly distances higher than the old one correspondent to 60 minutes distance, with one inoperative engine. Following FAA decision, several aviation authorities issued an extension for the 60-minute rule and ETOPS operation has been working as an extension of a regulation for more than 20 years. Because of this particularity, in 2000, FAA created a workgroup to discuss ETOPS operation and include its requirements within the official regulation (14 CFR), including the parts for product certification and operation, allowing that the airplane should be optionally certified for ETOPS operation, and its operation depending only on the operator certification. This dissertation details the FAA ETOPS rule and, at the end, demonstrate the EMBRAER airplane ERJ 190-100 capability for its operation.

The introduction of Very Light Jets (VLJ) worldwide in the modern aviation environment represents a potential challenge in terms of safety and investigation. The VLJs are intended to be flown by a single pilot and carry a high level of automation, with state of the art glass cockpits and extensive use of onboard software. Although in some cases it is not even mandatory for them to carry a CVR/FDR, some manufacturers choose to provide these recorders for their VLJ in order to improve the safety and investigation resources. The FDR will be more limited than the ones used in commercial aviation, but, nonetheless, will open the possibility for some important safety monitoring programs, like Flight Operational Quality Assurance (FOQA). This study describes modern VLJs and recorder systems, then covers the selection of the parameters for the FDR dataframe of a VLJ and proposes the structure of a FOQA program for this type of aircraft, taking as example the EMBRAER Phenom 100. The events to be monitored by this program are summarized and applied to real incidents and accidents that occurred with VLJs in order to show how FOQA can help preventing them.

This study describes the development of a tool for the computation of the aircraft trajectory when it gets involved in a runway overrun incident. This tool performs its computations based on the FDR (Flight Data Recorder) in-flight data. The result of this study is a useful tool for the investigation of such events because it may help in the identification of the involved contributing factors. The requirements for the tool are defined and the tool development follows the proposed requirements. There are several ways to calculate the trajectory based on the FDR data. In this study, three reconstruction methods are described and one of these methods is implemented in the tool. Several FDR parameters are used to create a reconstitution of aircraft';s position from the final approach to the touchdown point on the runway surface. Finally, the tool';s results are validated based on a proposed methodology and the conclusion discusses whether the tool';s requirements are effectively achieved.

O monitoramento da saúde dos sistemas de uma aeronave - PHM (Prognostic and Heatlth Monitoring) - é o cenário deste estudo, que aborda a transferência dos dados do avião no solo até o centro de operação e manutenção de uma companhia aérea, tendo em vista alguns requisitos de operação, como um tempo mínimo para que os dados sejam transmitidos, o tamanho de um arquivo típico de PHM e como a necessidade de se obter um canal seguro sob o ponto de vista de integridade e confidencialidade dos dados impacta no cumprimento destes requisitos. O sistema de transmissão de dados em solo abordado é composto pelo Gatelink, que utiliza um sistema de comunicação sem fio através do protocolo 802.11 entre a aeronave e um roteador no aeroporto, e uma rede cabeada Frame Relay dentro do aeroporto. Para segurança, são adotados os protocolos WPA-2 no trecho sem fio e o IPsec no trecho cabeado. O estudo demonstra que o tempo para se transmitir um quadro no trecho sem fio mostrou-se pouco afetado pela introdução do cabeçalho de segurança do WPA-2. Os cabeçalhos inseridos pelo IPsec afetam o tempo de transmissão dos dados, porém mostra-se que ainda é possível transmitir dentro do intervalo de tempo especificado considerando o método de cifragem dos dados AES.

Este trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade de se utilizar um novo conceito de soldagem entre perfis reforçadores de liga de alumínio da série 7XXX e chapas de liga de alumínio da série 2XXX pela tecnologia de soldagem FSW (Friction Stir Welding). Com este novo conceito, um perfil reforçador com geometria especial é soldado por FSW a uma chapa com o intuito de se fechar toda a interface entre a flange do reforçador e a chapa, esperando-se que se obtenha um ganho tanto em processo como em peso, já que o processo de fabricação se torna mais enxuto. O processo FSW foi inventado e patenteado pela TWI, um renomado centro especializado em junção de materiais, em 1991, no Reino Unido. Esta técnica de soldagem caracteriza-se por ocorrer no estado sólido, isto é, sem que haja a fusão do material a ser unido. No processo de soldagem FSW, uma ferramenta especial composta por um ombro e um pino é rotacionada de forma a gerar atrito entre as partes a serem soldadas. O atrito gerado pela ferramenta causa o aquecimento do material a ser soldado, que faz com que o mesmo seja plastificado, enquanto uma força axial aplicada pelo ombro da ferramenta consolida a solda. Duas ferramentas similares compostas por um mesmo pino, porém com ombros diferentes foram utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho. Baseando-se nos parâmetros de referência da solda FSW sobreposta convencional, foram realizadas várias soldas pela metodologia de tentativa e erro. Em todos os casos, foi realizada análise visual das soldas FSW. As soldas que apresentaram boa qualidade superficial foram submetidas ao ensaio metalográfico, e caso não apresentassem nenhum defeito, seriam submetidos ao ensaio de tração transversal à solda, a fim de comparar as propriedades mecânicas entre a solda FSW sobreposta com este novo conceito e a solda FSW sobreposta convencional.

As técnicas de controle ativo de vibrações (AVC) têm sido bastante desenvolvidas em diversas áreas da indústria, especialmente na aeronáutica. O presente trabalho trata de um sistema de controle ativo de vibrações, com múltiplas entradas e múltiplas saídas que atua em uma banda larga de frequências a fim de reduzir os níveis vibratórios de uma estrutura aeronáutica (seção de fuselagem do ERJ 190) sob excitação de um ruído branco. A planta teve suas FRFs reconstituídas à partir da metodologia de autovalores e autovetores, cujos valores são provenientes de um modelo numérico. O algoritmo de controle é o Fx-LMS implementado com estruturas não-recursivas (filtros FIR), tendo 7 entradas e 6 saídas, o qual apresentou reduções na banda de frequência considerada de, aproximadamente, 15dB para todos os pontos controlados. Tais resultados, se inseridos em um contexto de controle de ruído, podem reforçar a vertente do contole de ruído através do controle ativo das vibrações estruturais, técnica atualmente referenciada por ASAC - Acoustic Structural Active Control.

Neste trabalho são desenvolvidos modelos elementares de orifício, volume e trocador de calor, sendo os dois últimos, modelos dinâmicos destes elementos. Utilizando-se destes componentes, construída uma representação de válvulas e dutos, que, em conjunto com o trocador de calor compõem uma planta pneumática, representando o sistema de gerenciamento de ar de uma aeronave (e diversas de suas não-linearidades). Prossegue-se no desenvolvimento estabelecendo o ponto de operação sob o qual o sistema será analisado. São também apresentados os procedimentos de estabilização e linearização do modelo não-linear em torno do ponto de operação. Utilizando-se do sistema linear obtido, é projetado um controlador segundo a técnica LQG/LTR (Linear Quadratic Gaussian / Loop Transfer Recovery), resultando em um controlador de mesma ordem da planta utilizada em seu projeto. A ordem do controlador é então reduzida segundo critérios no domínio do tempo e da freqüência e são comparados o desempenho dos controladores de ordem completa e reduzida. O trabalho é finalizado com a análise do desempenho do controlador de ordem reduzida em casos de regulação e rastreamento.

Placas retangulares reforçadas em uma direção e sujeitas à flambagem por compressão, na mesma direção dos reforçadores, são estruturas de aplicação usual principalmente no extradorso ou intradorso de asas de aeronaves. Devido à excentricidade dos reforçadores, alguns cuidados devem ser tomados na aplicação da carga na análise linear de flambagem. Se uma placa carregada não permanece plana antes de flambar, a flambagem pode fisicamente não ocorrer e, consequentemente, a carga de flambagem determinada numa análise linear será ilusória. Este trabalho apresenta uma expressão analítica, com base na linearização do problema em relação ao campo de deslocamentos, para a carga na qual placas reforçadas flambam globalmente, comparando-a a resultados rigorosos.

As manobras de extração de cargas em baixas alturas (Low Altitude Parachute Extraction System - LAPES) configuram-se num dos maiores desafios aeronáuticos do ponto de vista de controle, devido às rápidas variações de posição de centro de gravidade, momentos de inércia e peso da aeronave, associados a pequenas margens para variação da altitude. Assim, este trabalho propõe modelos que simulem as perturbações envolvidas em manobras LAPES e apresenta alternativas para o controle da aeronave, de maneira a tornar esse tipo de missão exeqüível de maneira segura e com uma carga de trabalho adequada ao piloto. É discutida a implementação do sistema de controle em dois laços: um laço interno para aumento de estabilidade e outro laço externo para o aumento de controle. Utiliza-se para o laço interno a técnica de inversão estática, com os ganhos sendo definidos através da alocação de pólos relativos ao movimento de período curto da aeronave. Para o laço externo, são analisadas duas arquiteturas de controle: comando de razão de arfagem e segurador de atitude (CRASA) e comando de variação e segurador de trajetória de voo (CVSTV). São utilizados nesse laço controladores clássicos tipo proporcional integral, com os ganhos sendo definidos através da minimização de uma função custo tipo integral do módulo do erro. Além disso, é apresentada a implementação de um sistema de piloto automático para controle da velocidade da aeronave, também utilizando um controlador tipo PI, com os ganhos definidos através da minimização de uma função custo. É discutida uma revisão na função custo utilizada, com a inserção de um fator de penalização relativo ao somatório dos ganhos dos controladores obtidos. São apresentados os resultados de simulação de diversas condições de alijamento de carga, além de simulações envolvendo todas as etapas da manobra, com a conseqüente melhora na qualidade de pilotagem para o cumprimento da missão. Para análise de desempenho no domínio da freqüência foi feita uma discussão a respeito dos requisitos que o sistema em malha aberta deve atender para apresentar: boa capacidade de rastreio, rejeição de distúrbios, atenuação de ruídos e robustez de estabilidade. A partir dessa discussão foi analisado o comportamento dos valores singulares do sistema controlado em malha aberta. Finalmente, foi feita uma análise de robustez de desempenho para a presença de rajadas verticais e uma análise de robustez de estabilidade para variações paramétricas da planta devido a incertezas na posição do CG da aeronave.