A exploração de bacias petrolíferas do pré-sal, principalmente campos gigantes como o campo de Libra, na bacia de Santos, traz consigo demandas por sistemas capazes de operar com poços de alta capacidade de produção e em grandes profundidades. Nesse cenário, linhas de produção ou injeção (risers) rígidas em catenária livre apresentam a forma mais simples de solução para essas demandas. A utilização de risers rígidos em catenária livre, como já sabido, permite uma maior produtividade por linha devido a possibilidade de utilização de dutos de maiores diâmetros, ao mesmo tempo em que resistem a maiores pressões, possibilitando a exploração de forma mais eficiente de poços em grandes profundidades. No entanto, este tipo de solução, devido a sua natureza de maior rigidez quando comparado com dutos flexíveis, é submetida a esforços dinâmicos elevados impostos no topo do riser pela grande movimentação da embarcação, principalmente em operações em águas profundas, inviabilizando sua aplicação em unidades do tipo FPSOs convencionais, construídos a partir da conversão de um navio petroleiro. Este problema dinâmico é agravado pelas condições ambientais da região, que são mais severas do que as observadas na Bacia de Campos, tornando difícil a aplicação das tecnologias existentes. A alta produtividade dos poços do pré-sal da Bacia de Santos também estimula a utilização de plantas de processo de alta capacidade de processamento de óleo, maiores do que as utilizadas até hoje no offshore brasileiro. Estimativas iniciais mostram que estas plantas gigantes demandam uma área de convés muito maior do que as plataformas convencionais, e, mais do que isso, de uma maior largura (boca) da embarcação. Para atender requisitos tão conflitantes, foi desenvolvido o conceito ULFPSO (Unidade Flutuante de Produção, Armazenamento e Alívio Ultra-Larga), que se caracteriza por sua proa e popa circulares e pela presença do moonpool, de forma a viabilizar a conexão dos risers mais próximos ao centro de gravidade da plataforma, reduzindo assim o esforço dinâmico. Adicionalmente a forma do casco é otimizada para redução do nível de movimentos verticais, reduzindo os esforços dinâmicos nos risers. Nesta dissertação de mestrado serão apresentados os estudos relativos à comprovação de viabilidade do conceito, dividido em três etapas: A primeira com foco no entendimento do problema e dimensionamento preliminar da unidade; A segunda focada na avaliação experimental do conceito; E finalmente, a terceira, com objetivo de avaliar o modelo de síntese para otimização do projeto do casco, com base nos resultados obtidos nas fases anteriores. / The offshore exploitation of oil fields in the pre-salt, especially giant fields such as Libra, in the Santos basin, brings with it demands for systems capable of operating with high capacity production wells and at ultra-deep waters. In this scenario production or injection steel catenary risers present the simplest solution for these demands. As known in industry, the use of steel catenary risers in free-hanging configuration allows greater productivity per line due to the possibility of using pipes of larger diameters, at the same time withstand higher pressures, allowing for more efficient wells operation at great depths. However, due to its nature more rigid compared to flexible pipe, this kind of solution is subjected to high dynamic forces imposed on the top of the riser by the large movement of the vessel, especially in deepwater operations, impeding their application in FPSO conventional units, constructed from the conversion of an oil tanker. This dynamic problem is compounded by environmental conditions of the region, which are harsher than those observed in the Campos Basin, making it difficult to apply other extant technologies. The high productivity of the pre-salt of Santos Basin wells stimulate the use of plants to high-capacity oil processing process, larger than those used today in the Brazilian offshore. Initial estimates show that these plants require a much larger deck area than conventional platforms and, more than that, a greatest width (breadth) of the vessel. To satisfy such conflicting requirements, the ULFPSO (Ultra Large Floating Production, Storage and Offloading) concept was developed, which is characterized by its circular bow and stern and the presence of the moonpool, to enable the connection of the risers closest to the platform\'s center of gravity, thereby reducing the dynamic tension. Additionally, the hull shape is optimized to reduce vertical movements, reducing dynamic stresses on the riser. In this master\'s thesis will be presented studies on the proof of concept viability, divided into three stages: The first focused on understanding the problem and preliminary sizing of the unit; The second focused on the experimental evaluation of the concept; And finally, the third, to evaluate the synthesis model for optimizing hull design, based on the results obtained in the previous phases.

Esta dissertação tem como enfoque principal abordar o tema de esforços nas amarras das embarcações durante o processo de eclusagem. A principal motivação foi a busca em atender a legislação brasileira, a qual vem incentivando a utilização do transporte hidroviário e a construção de novas eclusas, tendo em vista a atratividade econômica deste meio de transporte. O estudo foi desenvolvido a partir da modelagem e elaboração de um sistema de medição de esforços, almejando a verificação de sua aplicabilidade na previsão de esforços sobre as amarrações das embarcações. A investigação dos esforços hidrodinâmicos sofridos pela embarcação durante o enchimento e esvaziamento das eclusas de alta queda foi possível com a construção deste sistema de medição em um modelo reduzido de uma eclusa de alta queda. Foram realizados 42 ensaios para diferentes situações iniciais, variando a composição e o peso total da embarcação, bem como a velocidade de abertura da comporta dos condutos de enchimento e esvaziamento da eclusa. A realização destes ensaios permitiu a confirmação das relações existentes entre esforços máximos medidos com o aumento da velocidade de abertura das comportas de enchimento e esvaziamento e entre os esforços máximos com o peso deslocado e área ocupada pela embarcação na eclusa. Possibilitou, também, a constatação de que os valores dos esforços máximos durante o processo de enchimento são superiores àqueles verificados no esvaziamento da câmara da eclusa. A partir destes resultados, foram propostas duas equações que relacionam a razão da força máxima pelo peso da embarcação com a razão das áreas da embarcação com a da câmara da eclusa e com o próprio peso da embarcação, evidenciando a relação existente entre a força máxima com o peso e a área da embarcação. / This piece of work disserts about the hawser forces in the vessels during the lock operational. The main motivation was the quest to attend the Brazilian legislation, which has encouraged the use of the hydroways and construction of new locks, in view of the economic attractiveness of this transportation medium. The study was developed from the modeling and development of a measurement system of hawser forces, aiming to verify its applicability in forecasting the vessels mooring forces. The investigation of hydrodynamics forces suffered by the vessel during the process of filling and emptying high lift locks became possible with construction of this measuring system in a reduced scaled model of a generic high lift lock. There was realized 42 tests with different initial conditions, varying the vessel´s size and its total weight, as well, varying the gate´s opening velocity localized in the conducts of the filling and emptying system. This tests made it possible to confirm the existence of relationship between maximum hawser forces and this gate´s opening speed and the vessel´s size and its total weight. With this tests, it became viable to find out that the values of maximum hawser forces during the lock´s chamber filling process are greater than during its emptying process. From these results, it was proposed two formulas relating the ratio of maximum hawser force with the vessel´s weight and the ratio of the area occupied by the vessel with the lock chamber area and, as well, the vessel´s weight. This showed the existence of relationship between the maximum hawser forces and the vessel´s weight and its area.

Esta dissertação tem como enfoque principal abordar o tema de esforços nas amarras das embarcações durante o processo de eclusagem. A principal motivação foi a busca em atender a legislação brasileira, a qual vem incentivando a utilização do transporte hidroviário e a construção de novas eclusas, tendo em vista a atratividade econômica deste meio de transporte. O estudo foi desenvolvido a partir da modelagem e elaboração de um sistema de medição de esforços, almejando a verificação de sua aplicabilidade na previsão de esforços sobre as amarrações das embarcações. A investigação dos esforços hidrodinâmicos sofridos pela embarcação durante o enchimento e esvaziamento das eclusas de alta queda foi possível com a construção deste sistema de medição em um modelo reduzido de uma eclusa de alta queda. Foram realizados 42 ensaios para diferentes situações iniciais, variando a composição e o peso total da embarcação, bem como a velocidade de abertura da comporta dos condutos de enchimento e esvaziamento da eclusa. A realização destes ensaios permitiu a confirmação das relações existentes entre esforços máximos medidos com o aumento da velocidade de abertura das comportas de enchimento e esvaziamento e entre os esforços máximos com o peso deslocado e área ocupada pela embarcação na eclusa. Possibilitou, também, a constatação de que os valores dos esforços máximos durante o processo de enchimento são superiores àqueles verificados no esvaziamento da câmara da eclusa. A partir destes resultados, foram propostas duas equações que relacionam a razão da força máxima pelo peso da embarcação com a razão das áreas da embarcação com a da câmara da eclusa e com o próprio peso da embarcação, evidenciando a relação existente entre a força máxima com o peso e a área da embarcação. / This piece of work disserts about the hawser forces in the vessels during the lock operational. The main motivation was the quest to attend the Brazilian legislation, which has encouraged the use of the hydroways and construction of new locks, in view of the economic attractiveness of this transportation medium. The study was developed from the modeling and development of a measurement system of hawser forces, aiming to verify its applicability in forecasting the vessels mooring forces. The investigation of hydrodynamics forces suffered by the vessel during the process of filling and emptying high lift locks became possible with construction of this measuring system in a reduced scaled model of a generic high lift lock. There was realized 42 tests with different initial conditions, varying the vessel´s size and its total weight, as well, varying the gate´s opening velocity localized in the conducts of the filling and emptying system. This tests made it possible to confirm the existence of relationship between maximum hawser forces and this gate´s opening speed and the vessel´s size and its total weight. With this tests, it became viable to find out that the values of maximum hawser forces during the lock´s chamber filling process are greater than during its emptying process. From these results, it was proposed two formulas relating the ratio of maximum hawser force with the vessel´s weight and the ratio of the area occupied by the vessel with the lock chamber area and, as well, the vessel´s weight. This showed the existence of relationship between the maximum hawser forces and the vessel´s weight and its area.

A exploração de bacias petrolíferas do pré-sal, principalmente campos gigantes como o campo de Libra, na bacia de Santos, traz consigo demandas por sistemas capazes de operar com poços de alta capacidade de produção e em grandes profundidades. Nesse cenário, linhas de produção ou injeção (risers) rígidas em catenária livre apresentam a forma mais simples de solução para essas demandas. A utilização de risers rígidos em catenária livre, como já sabido, permite uma maior produtividade por linha devido a possibilidade de utilização de dutos de maiores diâmetros, ao mesmo tempo em que resistem a maiores pressões, possibilitando a exploração de forma mais eficiente de poços em grandes profundidades. No entanto, este tipo de solução, devido a sua natureza de maior rigidez quando comparado com dutos flexíveis, é submetida a esforços dinâmicos elevados impostos no topo do riser pela grande movimentação da embarcação, principalmente em operações em águas profundas, inviabilizando sua aplicação em unidades do tipo FPSOs convencionais, construídos a partir da conversão de um navio petroleiro. Este problema dinâmico é agravado pelas condições ambientais da região, que são mais severas do que as observadas na Bacia de Campos, tornando difícil a aplicação das tecnologias existentes. A alta produtividade dos poços do pré-sal da Bacia de Santos também estimula a utilização de plantas de processo de alta capacidade de processamento de óleo, maiores do que as utilizadas até hoje no offshore brasileiro. Estimativas iniciais mostram que estas plantas gigantes demandam uma área de convés muito maior do que as plataformas convencionais, e, mais do que isso, de uma maior largura (boca) da embarcação. Para atender requisitos tão conflitantes, foi desenvolvido o conceito ULFPSO (Unidade Flutuante de Produção, Armazenamento e Alívio Ultra-Larga), que se caracteriza por sua proa e popa circulares e pela presença do moonpool, de forma a viabilizar a conexão dos risers mais próximos ao centro de gravidade da plataforma, reduzindo assim o esforço dinâmico. Adicionalmente a forma do casco é otimizada para redução do nível de movimentos verticais, reduzindo os esforços dinâmicos nos risers. Nesta dissertação de mestrado serão apresentados os estudos relativos à comprovação de viabilidade do conceito, dividido em três etapas: A primeira com foco no entendimento do problema e dimensionamento preliminar da unidade; A segunda focada na avaliação experimental do conceito; E finalmente, a terceira, com objetivo de avaliar o modelo de síntese para otimização do projeto do casco, com base nos resultados obtidos nas fases anteriores. / The offshore exploitation of oil fields in the pre-salt, especially giant fields such as Libra, in the Santos basin, brings with it demands for systems capable of operating with high capacity production wells and at ultra-deep waters. In this scenario production or injection steel catenary risers present the simplest solution for these demands. As known in industry, the use of steel catenary risers in free-hanging configuration allows greater productivity per line due to the possibility of using pipes of larger diameters, at the same time withstand higher pressures, allowing for more efficient wells operation at great depths. However, due to its nature more rigid compared to flexible pipe, this kind of solution is subjected to high dynamic forces imposed on the top of the riser by the large movement of the vessel, especially in deepwater operations, impeding their application in FPSO conventional units, constructed from the conversion of an oil tanker. This dynamic problem is compounded by environmental conditions of the region, which are harsher than those observed in the Campos Basin, making it difficult to apply other extant technologies. The high productivity of the pre-salt of Santos Basin wells stimulate the use of plants to high-capacity oil processing process, larger than those used today in the Brazilian offshore. Initial estimates show that these plants require a much larger deck area than conventional platforms and, more than that, a greatest width (breadth) of the vessel. To satisfy such conflicting requirements, the ULFPSO (Ultra Large Floating Production, Storage and Offloading) concept was developed, which is characterized by its circular bow and stern and the presence of the moonpool, to enable the connection of the risers closest to the platform\'s center of gravity, thereby reducing the dynamic tension. Additionally, the hull shape is optimized to reduce vertical movements, reducing dynamic stresses on the riser. In this master\'s thesis will be presented studies on the proof of concept viability, divided into three stages: The first focused on understanding the problem and preliminary sizing of the unit; The second focused on the experimental evaluation of the concept; And finally, the third, to evaluate the synthesis model for optimizing hull design, based on the results obtained in the previous phases.

Embarcações pesqueiras representam uma parcela expressiva nas estatísticas de acidentes ocorridos no mar. Dentre estas, aquela que se destaca por impor uma perda sensível em vidas humanas é a ocorrência de emborcamentos. Quando tais embarcações passam a ser submetidas a um alagamento intermediário, sua situação de estabilidade pode ser diferente daquela prevista pela Arquitetura Naval Clássica que considera apenas efeitos estáticos. Assim, este trabalho propõe, a partir de duas simples modelagens, caracterizar o comportamento dinâmico do alagamento sob diferentes níveis e sua influência positiva ou negativa sobre a estabilidade da embarcação pesqueira realizando análises sobre o regime transiente e permanente do movimento. / When a large compartment of a ship is flooded the water will affect the ship dynamic behaviour, and may have a significant impact on the vessel’s ability to withstand the action of waves. It is well known that complex dynamics can be associated with the loss of dynamic stability even for an intact ship, and these phenomena have been shown to be particularly relevant for fishing. We investigate here the effect of several levels of partial flooding on the dynamic processes that lead to loss of dynamic stability and capsize in waves. Two mathematical models are used in the present analysis. The first is a simplified model in which the vessel is acted upon by trains of regular beam waves. The free surface in this model is assumed to remain flat. The dynamic interaction between the vessel and the water inside it is modeled in such a way that the ensuing equations are those of a nonlinear inverted double pendulum. Drawing on this observation, an even simpler model was developed based on the idea of an equivalent mechanical pendulum. Since transient capsize in waves is a rapid phenomenon when compared to the flooding of a compartment, the analyses consider the percentage of flooding as a varying parameter.

Esta dissertação tem como enfoque principal abordar o tema de esforços nas amarras das embarcações durante o processo de eclusagem. A principal motivação foi a busca em atender a legislação brasileira, a qual vem incentivando a utilização do transporte hidroviário e a construção de novas eclusas, tendo em vista a atratividade econômica deste meio de transporte. O estudo foi desenvolvido a partir da modelagem e elaboração de um sistema de medição de esforços, almejando a verificação de sua aplicabilidade na previsão de esforços sobre as amarrações das embarcações. A investigação dos esforços hidrodinâmicos sofridos pela embarcação durante o enchimento e esvaziamento das eclusas de alta queda foi possível com a construção deste sistema de medição em um modelo reduzido de uma eclusa de alta queda. Foram realizados 42 ensaios para diferentes situações iniciais, variando a composição e o peso total da embarcação, bem como a velocidade de abertura da comporta dos condutos de enchimento e esvaziamento da eclusa. A realização destes ensaios permitiu a confirmação das relações existentes entre esforços máximos medidos com o aumento da velocidade de abertura das comportas de enchimento e esvaziamento e entre os esforços máximos com o peso deslocado e área ocupada pela embarcação na eclusa. Possibilitou, também, a constatação de que os valores dos esforços máximos durante o processo de enchimento são superiores àqueles verificados no esvaziamento da câmara da eclusa. A partir destes resultados, foram propostas duas equações que relacionam a razão da força máxima pelo peso da embarcação com a razão das áreas da embarcação com a da câmara da eclusa e com o próprio peso da embarcação, evidenciando a relação existente entre a força máxima com o peso e a área da embarcação. / This piece of work disserts about the hawser forces in the vessels during the lock operational. The main motivation was the quest to attend the Brazilian legislation, which has encouraged the use of the hydroways and construction of new locks, in view of the economic attractiveness of this transportation medium. The study was developed from the modeling and development of a measurement system of hawser forces, aiming to verify its applicability in forecasting the vessels mooring forces. The investigation of hydrodynamics forces suffered by the vessel during the process of filling and emptying high lift locks became possible with construction of this measuring system in a reduced scaled model of a generic high lift lock. There was realized 42 tests with different initial conditions, varying the vessel´s size and its total weight, as well, varying the gate´s opening velocity localized in the conducts of the filling and emptying system. This tests made it possible to confirm the existence of relationship between maximum hawser forces and this gate´s opening speed and the vessel´s size and its total weight. With this tests, it became viable to find out that the values of maximum hawser forces during the lock´s chamber filling process are greater than during its emptying process. From these results, it was proposed two formulas relating the ratio of maximum hawser force with the vessel´s weight and the ratio of the area occupied by the vessel with the lock chamber area and, as well, the vessel´s weight. This showed the existence of relationship between the maximum hawser forces and the vessel´s weight and its area.

Submitted by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-02-01T14:15:18Z No. of bitstreams: 2 Dissertação_Caio G. S. Paião.pdf: 3212647 bytes, checksum: 904bea341e08f9341aa8bfd197c03bbf (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-02-01T14:15:31Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação_Caio G. S. Paião.pdf: 3212647 bytes, checksum: 904bea341e08f9341aa8bfd197c03bbf (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-01T14:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação_Caio G. S. Paião.pdf: 3212647 bytes, checksum: 904bea341e08f9341aa8bfd197c03bbf (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-08-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Through varied body documentary, which corresponds to the years 1850-1900, seeks to hold the meeting of experienced human experiences in the historical process of steam navigation implement the Amazon. Planning which involved a number of social sectors committed to their training and performance, we used different means of construction of ways of seeing and tell steamships. Arguing that this planning was contributing to the discipline, norms and rationality the nautical work, the research seeks to also discuss the time found themselves under stress lifestyles, work cultures and native traditions. Analyzing the produced memory of the project, the experiences related workers and the dimensions of transformation, also experienced in urbanizing and modernizing mainstay for the Amazon, the objective is therefore the questioning of steam, beyond what appears instantly defending the notion of history in the making. / Através de variado corpo documental, que corresponde aos anos de 1850-1900, procura-se realizar o encontro de experiências humanas vivenciadas no processo histórico de implemento da navegação a vapor no Amazonas. Planejamento que envolveu uma série de setores sociais empenhados para sua formação e execução, se utilizou de diferentes meios de construção das formas de ver e dizer a navegação a vapor. Defendendo que esse planejamento foi contribuinte à imposições de disciplina, normas e racionalidade ao trabalho náutico, a pesquisa também busca discutir o momento em que encontraram-se sob tensão modos de vida, culturas de trabalho e tradições nativas. Analisando a memória produzida do projeto, as vivências de trabalhadores relacionados e as dimensões de transformação, também experimentadas no esteio urbanizador e modernizador para a Amazônia, objetiva-se, portanto, a problematização do vapor, para além do que se apresenta de imediato, defendendo aqui a noção de história em construção.

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:02:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8270_1.pdf: 1109958 bytes, checksum: e45332f18cd0d23a6e81b6f3f45db227 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho teve como objetivos: (i) caracterizar a pesca artesanal praticada em embarções motorizadas em Porto de Galinhas, Município do Ipojuca, PE, por meio da descrição das embarcações e dos aparelhos e das técnicas de pesca utilizados; (ii) analisar o perfil socioeconômico da comunidade de pescadores; (iii) abordar alguns aspectos ecológicos dos pescadores e da ictiofauna que compõe as capturas; e (iv) avaliar a percepção ambiental dos pescadores. A coleta de dados foi feita entre abril e outubro de 2006 com base em entrevistas semi-estruturadas e observação direta. Neste período foram entrevistados 39 pescadores, de um total de aproximadamente 45, os quais desempenham suas atividades deslocando-se a partir de embarcações motorizadas. A frota local atuante é, atualmente, composta de 16 embarcações, que empregam na sua maior parte, tripulações compostas por três pescadores. A rede de espera e a linha de mão são os métodos mais utilizados nas pescarias. Os pescadores locais possuem atualmente renda média mensal de R$ 490,00, a maioria mora nas proximidades do porto, possui casa própria, baixa escolaridade e poucos filhos que trabalham na pesca. No que se refere ao pescado capturado, os pescadores citaram a existência de 50 diferentes espécies, distribuídas em 22 famílias de peixes e 1 de crustáceos. Entre as famílias predominantes nas capturas, por ordem de importância, encontram-se: Scombridae (18,1%), Sciaenidae (15,6%), Carangidae (13,1%), Lutjanidae (11,8%) e Haemulidae (8,8%), as quais, juntas, equivalem a 67,4% das citaçõoes, com destaque para as espécies serra (Scomberomorus brasiliensis) e cavala (Scomberomorus cavalla). A composição das capturas revela que a maior parte das espécie salvo é carnívora de topo da cadeia trófica e esse perfil pode ter ocasionado desequilíbrios na estabilidade das comunidades dos ecossistemas marinhos da região. A área de pesca preferida pelos pescadores é a denominada de Lama , sendo uma das zonas de pesca mais próximas à costa. Segundo os pescadores, a biomassa das principais espécies-alvo caiu muito nos últimos anos, o caso da corvina (Micropogon furnieri), essa queda pode chegar até 90% e para a maioria das principais espécies capturadas mais de 50%. Para muitos pescadores a tendência nos rendimentos das pescarias é de piora devido à redução dos níveis de biomassa dos estoques das espécies exploradas. Segundo eles, a principal causa para a diminuição da biomassa dos estoques foi a pesca de arrasto de camarão. Com relação ao esforço de pesca empreendido pelos pescadores locais, está havendo um processo de redução da frota paralelamente a um aumento do comprimento das redes de espera. O turismo veio oferecer à comunidade local uma melhora em sua condição de vida, gerando novas oportunidades de trabalho, porém, tem contribuído para a redução de mão-de-obra no setor da pesca. Nem todos os pescadores (40%) se consideram satisfeitos com as ações do poder público junto ao setor pesqueiro e a maioria dos pescadores (79%) reconhece a existência de reservas marinhas, sendo favorável à sua implantação na região. Dada a importância social, econômica e cultural da pesca artesanal e das funções ecológicas dos ecossistemas locais, os quais oferecem diversos benefícios para sociedade, é fundamental que se aprofundem os estudos na região para subsidiar tanto o entendimento da atividade da pesca artesanal como dos ecossistemas locais, de forma a garantir o manejo adequado dos recursos

Este trabalho apresenta a aplicação da teoria de controle robusto não linear por modos deslizantes a sistemas de posicionamento dinâmico para embarcações flutuantes, com validação experimental. O objetivo do sistema de controle projetado é manter a embarcação próxima a uma posição pré-ajustada (set-point) ou a uma trajetória preestabelecida (pathfollowing), por meio das forças geradas nos propulsores, mesmo estando o sistema na presença de distúrbios externos, ou seja, vento, ondas e correnteza. A princípio, realizaram-se simulações numéricas com o sistema projetado a fim de verificar o seu desempenho. O simulador utilizado foi implementado em ambiente Matlab/Simulink, considerando a dinâmica da embarcação e dos agentes ambientais. As simulações consistiram de manobras realizadas em condições nominais e na ausência de esforços ambientais, com embarcação cheia (plena) e vazia (lastro). Para validação do algoritmo implementado realizaram-se ensaios de manobra em condição de calmaria e na presença de vento, com a embarcação em plena carga e vazia. Os ensaios foram administrados no laboratório do Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da USP (DENO). O algoritmo de controle por modos deslizantes demonstrou-se robusto a variações de condições ambientais (vento), mantendo o desempenho e estabilidade. Verificou-se que o ajuste dos parâmetros do controlador pode ser feito de forma intuitiva, utilizando-se fórmulas matemáticas. Além disso, a estrutura não linear do controlador e suas propriedades de robustez asseguram o desempenho e estabilidade para uma grande gama de condições ambientais e manobras realizadas com a embarcação. / This paper presents the application of the robust and nonlinear sliding mode control theory to the dynamic positioning systems for floating vessel, with experimental validation. The objective of the control system designed is to keep the vessel next a specific position (set-point) or follow a pre-defined trajectory (pathfollowing) through the action of propellers, in the presence of wind, waves and current external disturbances. In principle numerical simulations were carried out with the system designed to verify its performance. The simulator used was implemented in a Matlab / Simulink, considering the dynamics of the vessel and environmental agents. The simulations consisted of maneuvers carried out in nominal condition and in the absence of environmental efforts, with the vessel full and empty (ballasted). In order to validate the algorithm, small scale experiments were done, considering maneuvers in both calm and windy conditions, with the vessel at full or ballasted load. The tests were conducted at the laboratory of the Naval and Ocean Engineering Department (DENO) of the University of São Paulo. The sliding mode control was robust to variations in environmental conditions (wind), keeping the performance and stability. It was verified that the adjustment of controller parameters can be easily done, using mathematical equations. Moreover, the nonlinear structure of the controller and its robustness properties ensure the performance and stability for a large range of environmental conditions and maneuvers carried out with the vessel.

This thesis proposes a Rotary-Wing Aeroservoelasticity approach to the modeling, analysis and control of the blade-sailing phenomenon in the helicopter-ship dynamic interface (DI), based on the identification, response evaluation and control of flow and ship motion induced loads, during the engagement/disengagement flight regimes, in order to establish some principles for the design and safe operation of shipboard rotorcraft systems. The nonlinear aeroelastic analysis revealed that the nonlinearity due to large flapping deflections and to the centrifugal forces is not relevant for normal operating conditions, whereas the nonlinear effects due to the flapping stops in articulated rotors influence significantly the blade-sailing vibrations. These nonlinear effects related to the stops can be tackled with approximate stiffness functions. The nonlinear analysis confirmed that hingeless rotor blade-sailing vibrations are lower than that of the articulated rotor, however, the differences are small for rotors with similar structural/geometric characteristics. The blade-sailing phenomenon in the DI and the flapping response during engagement/disengagement shipboard operations can be analyzed trough an oscillator system with nonlinear stiffness related to the droop and flap stops and time-varying coefficients related to the undisturbed flow velocity and to the parameters of the proposed active proportional-derivative individual blade control (PD-IBC). The aeroelastic analysis also showed that blade sailing is a cooperative phenomenon. Though the mean flow vertical velocity gradient across the rotor be the single most important factor, the combination of horizontal wind velocities, fluctuating flow vertical velocities, gravity and ship motion effects may give rise to excessive flapping vibrations. The proposed active proportional-derivative state feedback individual blade control (PD-IBC) can obtain blade-sailing flapping vibration reduction of 30% for shipboard articulated rotors at moderate wind-over-deck (WOD) conditions/advance ratios, without monitoring the DI environment, and a reduction greater than 40% if combined with shipboard rotor plant modifications, involving an increase of the blade flapwise stiffness and an aerodynamic design of the ship flight deck, considering the current blade pitch input limits of the actuators. Therefore, the implementation of active feedback aeroelastic control methods may be one of the most important measures for blade-sailing mitigation in the DI.