El MI-171 es uno de los helicópteros más usados en el ámbito militar y de transporte de carga externa debido a que alcanza una velocidad crucero de 225 Km/h y una carga máxima de 4 toneladas. En el segundo ámbito, estos helicópteros son sometidos constantemente a su máxima capacidad de carga; lo que genera descalibración en los instrumentos de medición tipo aguja. Por ello, es necesario verificar y calibrar constantemente estos indicadores para evitar accidentes y falsas mediciones del consumo de las cargas continuas (DC) de la aeronave y de la potencia entregada por el generador. Actualmente, no existen bancos especializados en el país capaces de verificar todo el rango de funcionamiento de estos instrumentos; por lo que las empresas deben enviar estos equipos a fábrica para su revisión o mantenimiento exhaustivo para dejar todas las piezas en condiciones óptimas denominado Overhaul; esto genera pérdidas por el costo y envío del componente. Debido a esto, se propone el diseño de un banco aeronáutico portátil para la verificación de los indicadores V-1, A-1, VF0.4-250 y AF-1-150 del helicóptero ruso MI-171 a través de la generación de señales entre 0-30 V ,0-100 mV, 0-4 Vrms y 0-250 Vrms. Este equipo será energizado por una batería de 12 V alimentado por una fuente switching para formar internamente alimentaciones de 5 V y 30 V para las necesidades del banco. Para la generación de las señales DC se usará la alimentación interna de 5 V del banco para amplificarlo por medio de amplificadores operacionales a los valores finales deseados. Respecto a la generación de señales alternas (AC), se usa la técnica de modulación SPWM para generar ondas senoidales entre 5 Vpp demoduladas por un filtro RC. Luego estas pasan por amplificadores AB para obtener los rangos deseados. Finalmente, las señales de salidas serán retroalimentadas al microcontrolador para poder visualizar la señal de salida real a través de una pantalla monocromática, y el usuario podrá variar estas señales a través de potenciómetros lineales de precisión.

This thesis presents the modeling and control of a quadcopter vehicle and the application of adaptive backstepping for attitude stabilization. This nonlinear technique has been chosen because they can explicitly address the specific nonlinear dynamics of the plant. The objectives are to derive, validate, simulate and implement this Backstepping controller with a suitable quadcopter model. First a modeling process was conducted using the Newton-Euler formalism together with Euler angles to parameterize the rotations. The subsequently proposed approach consists on the nominal backstepping attitude controller which regulates the pitch , roll and yaw rotations and the adaptive scheme which estimates the external disturbances. Simulations showed satisfying performance in attitude stabilization under uncertainties of up to 50% in inertia matrix and constant external disturbances. Finally the controller is implemented in the real platform based on Odroid single board computer and it showed an overall performance with room to further improvements. Then this work proves that the proposed controller can be successfully implemented. / Tesis

Este trabalho propõe uma metodologia de desenvolvimento de dois modelos dinâmicos um linear e outro não-linear de seis graus de liberdade a ser utilizado em simuladores e treinadores de vôo de helicópteros. Inicialmente são apresentados modelos para os diversos módulos de um simulador, incluindo as características físicas e os dados de ensaios em vôo dos helicópteros Bölkow BO105, AS550 Fennec e AS355-F2 Esquilo Bimotor. A simulação do modelo dinâmico proposto em ambiente Matlab/Simulink e FlightGear, a partir das derivadas de estabilidade e controle do BO105 no vôo nivelado, demonstra sua aplicabilidade e que é possível utilizar estes parâmetros como estimativas iniciais das derivadas dos helicópteros da família Esquilo. Em seguida, cada um dos elementos da metodologia quad-M, utilizada neste trabalho, são detalhadamente descritos, sendo, inclusive, proposto um novo método de otimização baseado no uso conjunto de técnicas de busca global e local por meio dos algoritmos genético e Levenberg-Marquadt. Por fim, as derivadas de estabilidade e controle acopladas e desacopladas dos modos longitudinal e látero-direcional do helicóptero AS355-F2 são determinadas por meio do método do erro de saída no domínio do tempo, após excitações de comando do tipo sinusoidal e 3-2-1-1.

O paradoxo da economia nos diz que recursos são limitados, mas necessidades são ilimitadas. No ramo aeronáutico ter maior disponibilidade dos recursos significa possuir um diferencial em relação aos demais. Este trabalho pretende apresentar conceitos na área de manutenção aeronáutica e explorar através de pesquisa na Aviação Off-Shore princípios que podem conduzir a uma maior disponibilidade dos recursos aéreos. É feita uma aplicação específica para o caso da Aviação do Exército, mas os princípios levantados podem ser aproveitados para aplicação em outros cenários da aviação em geral.

A pronta detecção da ocorrência de falhas é de grande importância para a segurança de operação de sistemas dinâmicos, além de reduzir custos de manutenção. Com efeito, tendo-se detectado uma falha no sistema, ações mitigatórias podem ser tomadas de modo a evitar danos ao meio ambiente, prejuízos econômicos e principalmente perdas de vidas humanas. Os métodos tradicionais de detecção de falhas, contudo, esbarram em restrições físicas, ausência de um modelo acurado do sistema e indisponibilidade de dados do comportamento do sistema com falha. Neste trabalho, um esquema de detecção de falhas, é implementado para uma planta-piloto na forma de um helicóptero de três graus de liberdade, baseado no histórico de funcionamento normal do sistema, sem a necessidade de equipamentos adicionais e nem de um modelo acurado do sistema. Para isso, um método estatístico multivariado e outro de análise de agrupamentos são comparados, são eles: uso da estatística T de Hotelling e agrupamento K-means, respectivamente. A situação de falha implementada está associada à redução de 10% na potência de um dos motores. A investigação envolve o uso das variáveis de ângulo e velocidade estimada de arfagem, uso da tensão dos motores e uso das velocidades angulares estimadas. Os resultados em termos de tempo de detecção e curva ROC indicam que os dois métodos, quando comparados, apresentaram melhor eficiência em diferentes situações. Os resultados obtidos demonstram que, com o uso das tensões nos motores, o método K-means tem um desempenho superior, já com o emprego das velocidades angulares estimadas, a estatística T de Hotelling apresentou melhor resultado em relação ao método de agrupamento K-means.

As Forças Armadas, usualmente, equipam seus tripulantes de helicóptero para possibilitar emprego aéreo em qualquer período do dia. Entretanto, os efeitos da fadiga de voo relacionados a operações noturnas, turnos de trabalho, escalas variáveis, alteração do ritmo biológico e sobrecarga de atividades são passíveis de restringir a atividade aérea, uma vez que podem reduzir o desempenho, o alerta e a segurança das tripulações. Com objetivo principal de identificar as estratégias utilizadas para minimizar a fadiga, de acordo com a percepção dos militares que realizam voos de helicóptero, um questionário foi direcionado a três Unidades aéreas das Forças Armadas brasileiras como instrumento de coleta de dados. Para esse fim, considerando a facilidade de acesso, foram escolhidas duas organizações do Exército Brasileiro (2 Batalhão de Aviação do Exército e Centro de Instrução de Aviação do Exército) e uma da Força Aérea Brasileira (5 Esquadrão do 8 Grupo de Aviação), as quais possuem a formação básica de voo com óculos de visão noturna (OVN) como critério de inclusão. A razão para a participação desses militares baseia-se na constância de voos noturnos associada aos fatores complicadores do emprego tático de helicóptero, aumentando a possibilidade de vivenciar situações susceptíveis à formação de fadiga. A análise e interpretação dos dados, obtidos no questionário, possibilitaram confrontar analogamente a percepção dos membros das Unidades Aéreas com estudos teóricos e científicos voltados ao tema da pesquisa. Os resultados apontam que: a educação da fadiga é realizada nas reuniões periódicas da Unidade Aérea, quando o assunto é proposto, mas com indícios limitados da participação de especialistas ou de emprego de dados científicos; o acompanhamento dos limites de horas de voo é gerenciado, principalmente, pelo setor de operações, responsável pela escala das atividades aéreas; e o monitoramento da jornada de trabalho é resultado de consenso entre os chefes e subordinados ou a observação dos supervisores imediatos ou comandantes. Aparentemente, os sistemas de reporte e comunicação são pouco explorados para assuntos ligados à fadiga, cujos sintomas indicados como os mais perceptíveis são o incômodo físico no pescoço e o cansaço devido à longa duração do voo. As recomendações do presente estudo envolvem a necessidade de processos, para identificar e avaliar os riscos potenciais relacionados à fadiga, direcionados para o diversificado ambiente das operações de helicópteros com OVN e inseridos em um programa de gestão de segurança operacional. Neste sentido, são delineadas seis áreas para inclusão de medidas que possam ser desenvolvidas para gerenciar a ocorrência da fadiga nos tripulantes militares, as quais abordam pesquisas científicas, estratégias, monitoramento dos limites e da escala de voo, educação, tecnologia e regulamentação.

Nesta pesquisa é estudada a influência de diversos parâmetros na ressonância solo. São deduzidas as equações de movimento para um sistema pás do rotor principal mais helicóptero, utilizando computação simbólica. As equações são checadas comparando-se os diagramas de Coleman obtidos com os resultados de trabalhos clássicos e recentes. É estudada a influência do tipo do rotor, do amortecimento e da anisotropia tanto do rotor quanto do cubo no fenômeno. É utilizada a análise de Floquet no caso de haver anisotropia do cubo e do rotor. São apresentados graficamente os diagramas de autovetores para rotores articulados e hingeless, e é estudado o emprego de algumas funções de Liapunov para prever as regiões de instabilidade.

Made available in DSpace on 2016-08-29T11:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6649_Dissertação - André Manhães.pdf: 1047859 bytes, checksum: 5602733dce0d5f103f7c07c76367c8c4 (MD5) Previous issue date: 2013-09-16 / O petróleo é a principal fonte energética do mundo contemporâneo, insumo básico de diversos setores econômicos. Com a descoberta do Pré-sal, o Brasil tem a oportunidade de tornar-se um dos maiores produtores de petróleo. Entretanto, para que isso seja alcançado, vários desafios deverão ser superados e, dentre eles, encontra-se o problema de transporte de empregados para operarem as plataformas offshore, distantes até 300km de distância da costa brasileira. Os problemas referentes ao deslocamento de empregados por meio de helicópteros são usualmente tratados como o Capacitated Helicopter Routing Problem (CHRP). Com base nas restrições de origem e de destino de cada cliente, no número de veículos e na capacidade e restrições de voo dos helicópteros, neste tipo de problema deseja-se minimizar os custos de aluguel de helicópteros mais o custo total de quilômetros voados. A presente dissertação propõe um modelo de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) para o problema de roteirização de helicópteros com base no Dial-a-Ride Problem (DARP). Além do modelo apresentado, foram apresentados duas abordagens para a execução do modelo de forma exata: i) abordagem sem agrupamento, na qual as requisições que possuem origens iguais e destinos iguais são modeladas como requisições distintas e ii) abordagem com agrupamento, na qual requisições que possuem origens iguais e destinos iguais são aglutinados numa nova e única requisição. O modelo matemático foi executado no software CPLEX e os resultados mostraram que instâncias com até 25 requisições podem ser resolvidas pela abordagem com agrupamento / Oil is the main energy source of contemporary world; it is basic inputs of various economic sectors. With the discovery of Brazil pre-salt, there is an opportunity to become one of the largest oil producers. However, to achieve her own goals, Brazil must overcome several challenges, including the problem of transporting employees to operate offshore platforms 300km distant away from the Brazilian coast. Problems related to displacement of employees by helicopters are usually treated as Capacitated Helicopter Routing Problem (CHRP). Based on source and destination restrictions of each client, the number of vehicles, capacity and helicopter flight constraints, this type of problem proposes to minimize the cost of renting helicopters and the total cost of flown kilometers. This dissertation proposes a model of Mixed Integer Linear Programming (MILP) for the helicopters routing problem based on a Dial-a-Ride Problem (DARP). Besides the presented model, we presented two approaches to implementing the model in an exact way: i) non-clustered approach, in which requests that have the same origin and destination are equal modeled as separate requests; and ii) clustered approach, in which requests that have the same origins and destinations are clumped together in a new single request. The mathematical model was implemented in software CPLEX and results showed that instances with up to 25 requests can be resolved in the clustered approach

El presente trabajo de investigación tiene por objeto de mejorar la política pública en lo concerniente a la seguridad ciudadana, que se ha convertido en un problema público dentro de los ciudadanos a nivel nacional. Es por ello que la implementación de helicópteros dentro de la Policía Nacional del Perú, para combatir la seguridad ciudadana es una de las alternativas que han dado resultados tanto en países desarrollados como subdesarrollados, tal es el caso comparativo que se realiza con la Policía Nacional de Colombia, y sus nuevas estrategias e implementación que le ha otorgado el gobierno central de dicho país dentro de su planeamiento estratégico anual, esto les ha servido para desarrollar un servicio con mayor efectividad y capacidad de respuesta inmediata ante las diversas modalidades de delitos que se perpetran dentro las principales ciudades de Colombia. Siendo esta la justificación que la presente investigación tiene por meta, enfatizar el uso de helicópteros equipados con tecnología de punta para desplegar un mejor servicio de seguridad ciudadana para la población peruana.

Métodos de controle preditivo têm encontrado grande aceitação industrial, principalmente devido a sua capacidade de fazer respeitar restrições operacionais, o que reduz o número de paradas de emergências de um sistema. No entanto, suas aplicações em geral têm sido voltadas a sistemas estritamente estáveis e de dinâmica lenta. Neste trabalho, é implementada uma lei de controle preditivo no espaço de estados para um helicóptero de três graus de liberdade com duas variáveis de entrada. A dinâmica do sistema é não-linear, de 6a ordem, com amortecimento muito pequeno. Linearizando-se um modelo físico nominal em torno de um ponto de equilíbrio, obteve-se um modelo de predição marginalmente estável. A implementação em tempo real envolve a solução de um problema de Programação Quadrática a cada período de amostragem de 50ms. Os resultados experimentais são empregados para estudar o efeito de alterações nos horizontes de predição e controle, bem como para ilustrar a capacidade do controlador em fazer respeitar restrições de saída. Por fim, a lei de controle é alterada com a inclusão de um Filtro de Kalman para estimar as velocidades angulares do helicóptero e, assim, melhorar o desempenho da malha de controle.