Automatic landings have been performed routinely for many years. However the design of flare and landing control systems with a suitable performance and a high level of reliability remains a very difficult task. In the present scenario, the increasing in the landing capacity of airports is mandatory by limiting the time each aircraft occupies the runway. To limit the occupancy time, the reduction of touchdown zone is essential since landings too close of the exit could result in a missed exit and therefore in a decreasing of landing rate. Give this context, the present work aims to propose an autoland flare law development for a 50 seat regional jet using Linear Quadratic Regulator technique. An accurate flare path, good rejection to turbulence, simplicity in implementation and, moreover, improved longitudinal touchdown dispersion are some of desirable features of design. In development of autoland control system, full feedback was used as control law configuration. Simulations were performed with non-linear model of the aircraft based on the equations of rigid body movement. The gains of LQR flare law were obtained though global optimization using Genetic Algorithms. The robustness of resulting close-loop system was tested with respect to ground-effect, wind shear and out-of-trim conditions. The performance of LQR flare law was compared with Model-Following design. Steady wind and turbulence models were used as disturbances for stochastic evaluation of the methods. The explicit flare trajectory defined in space, not in time, resulted on the improved touch down dispersion achieved by LQR design.

Este trabalho possuiu como objetivo o desenvolvimento de leis de controle para o movimento longitudinal baseadas no critério C* de qualidade de vôo. Para isto, utilizou-se um modelo de aeronave regional de 50 passageiros. Foram realizadas simulações do modelo em malha de aeronave aberta e em malha fechada para efeitos de comparação. O modelo em malha fechada apresentou uma resposta dinâmica mais eficiente, satisfazendo aos requisitos de qualidade de vôo C*, enquanto que o modelo em malha aberta apresentou uma resposta oscilatória e pouca amortecida, não cumprindo com os requisitos de qualidade de vôo C*. Utilizaram-se também outros critérios de qualidade de vôo para efeitos de comparação, como o critério clássico e o critério de Gibson. Além disso, realizaram-se simulações com o modelo em malha fechada variando-se os parâmetros de altitude, velocidade e massa da aeronave, e observando a influência dos mesmos no comportamento da aeronave. Foi analisada também a robustez do sistema às variações na estabilidade da aeronave. Para se testar a eficácia do sistema de controle em aeronaves de estabilidade relaxada, reduziu-se a estabilidade do modelo utilizado e analisaram-se suas respostas em malha aberta e fechada. O sistema de controle desenvolvido se mostrou capaz de se adaptar às diferentes condições de vôo, fazendo com que a influência desses parâmetros não refletisse em uma alteração significativa da resposta da aeronave.

Neste trabalho será abordado o uso da técnica de controle robusto LQC/LTR, bem como dos controladores LQR e LGG aplicados aos modos Látero-direcionais e flexíveis. O principal objetivo da implementação do controlador é amortecer os modos flexíveis e estabilizar os modos látero-direcionais do bombardeiro B-1. Esta aeronave será usada por ser a única que tem as suas derivadas de estabilidade dos modos flexíveis disponíveis, além de ser tema de muitos trabalhos já publicados.

A formação de gelo em aeronaves é um tópico de grande interesse para a indústria aeronáutica. Vários acidentes fatais já ocorreram na aviação comercial em decorrência da formação de gelo em partes sensíveis de aeronaves. Por conta disso, os órgãos certificadores elaboraram uma série de requisitos em relação aos mecanismos de proteção e de eliminação de gelo, assim como na avaliação da qualidade de vôo e desempenho de uma aeronave que opere em condições de gelo acumulado nas suas superfícies de sustentação e de controle. Ao longo dos anos, muitos estudos têm sido conduzidos de maneira a se alcançar uma rápida e precisa maneira de avaliar esse fenômeno e com isso reduzir o ciclo de projeto. Nesse trabalho, é apresentado um método simples de avaliação do mecanismo de acúmulo de gelo em aerofólios, baseado principalmente no cálculo da eficiência de coleta, um dos principais parâmetros envolvidos no processo. Partindo-se de um código numérico desenvolvido por Lozowski e Oleskiw [1], foi realizada uma reestruturação do mesmo. Algumas subrotinas foram atualizadas, assim como novos e melhores procedimentos de cálculo foram adicionados ao código original. A versão atual do código foi validada através da comparação com a versão original e, posteriormente, foram conduzidas análises da influência de diversos parâmetros na eficiência de coleta resultante de um determinado corpo submetido a condições conhecidas. Além disso, foram avaliados alguns casos relativos à formação de gelo e os resultados são comentados aqui.

Uma das fases de vôo mais críticas para aeronaves comerciais é a decolagem devido à carga de trabalho do piloto. Esse problema vem sendo contornado com a utilização da tecnologia fly-by-wire nos sistemas de comandos de vôo e piloto automático, pois possibilitam o aumento da eficiência das aeronaves, melhoram a qualidade de vôo e diminuem a carga de trabalho do piloto. Este trabalho descreve o desenvolvimento de leis de controle para as fases de arredondamento e subida de um sistema de piloto automático de decolagem. As metodologias utilizadas nos projetos das leis de controle são o regulador linear quadrático (LQR) e a integral do tempo multiplicado pelo valor absoluto do erro (ITAE), ambas baseadas na otimização de uma função de custo. Os resultados são analisados no domínio do tempo e da freqüência. No domínio do tempo são utilizadas simulações lineares e não lineares para avaliar o sobre-sinal, o tempo de subida e assentamento. No domínio da freqüência a carta de Nichols é utilizada para avaliar as margens de fase e ganho e o diagrama valor singular é utilizado para avaliar a resposta em freqüência do sistema multivariável. Os projetos também são submetidos a análises de qualidade de vôo utilizando o parâmetro de antecipação de controle, a freqüência natural e a taxa de amortecimento dos pólos de período curto e phugoidal.

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.

This work is part of the research and development, at the Institute for Advanced Studies (IEAv), of the first Brazilian hypersonic vehicle prototype, the 14-X airplane. As this vehicle will be propelled by scramjet (supersonic combustion ramjet) engines, this work presents detailed two-dimensional CFD analyses of the airflow in the intake system of such engines based on the 14-XB scramjet geometry and the expected flight conditions. The main objective is to study the airflow in the intake of the 14-XB at nominal flight condition and also for some off-design flight conditions and geometry using numerical methods and models available in the Fluent code. Off-design values of the vehicle velocity, angle of attack and altitude as well as of the angle of the inlet compression ramp and the number of inlet compression ramps were chosen to show how these changes impact the overall intake airflow. In this study are presented results for the airflow in the entire intake system and of specific flow variables at the engine combustor entrance, as well as calculation results of some intake performance parameters. Both, wall temperature and free stream flow turbulence effects on the intake airflow have also been analyzed. Investigation of viscous flow modeling and of the effects of temperature-dependent air properties has also been performed. Inviscid flow calculations have been performed to serve as a comparison basis for the viscous flow effects and as preliminary information of the airflow. A model validation analysis of the k-kl-? and Transition SST transition models has shown that both models can calculate BL and shock wave interactions (SWBLI) quite well, although, the k-kl-? is better to calculate the separation region whereas the Transition SST is superior to predict the reattachment point. Wall temperature has shown to affect quite significantly SWBLI while viscous flow modeling has shown to have an important impact on the intake airflow with some degradation of the intake system performance.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma lei de controle longitudinal e látero-direcional para uma aeronave militar em procedimento de pouso, na etapa de aproximação. Primeiramente foi feita uma revisão dos principais fundamentos teóricos envolvidos, tais como a dinâmica do movimento da aeronave, o conceito de sistemas de comando de voo e controle de voo, as técnicas utilizadas no projeto dos controladores, e por fim as etapas de um pouso e os sistemas de navegação que auxiliam o mesmo. Um modelo não-linear da aeronave militar F-16 é utilizado. Para o projeto dos controladores é feita uma linearização em torno de uma condição típica de aproximação. É também verificada a posição dos pólos das duas dinâmicas (longitudinal e látero-direcional) para diferentes ângulos de aproximação, a fim de verificar se o controlador projetado pode ser aplicado para outras situações de pouso. Na etapa do projeto dos controladores primeiramente é exibida a estrutura dos sistemas de controle utilizados, um Sistema de Aumento de Estabilidade longitudinal, um Sistema de Aumento de Estabilidade látero-direcional, um Piloto Automático de aproximação longitudinal e um Piloto Automático de aproximação lateral. Em seguida são expostos os requisitos de projeto para cada um deles e só então são calculados os ganhos. O cálculo dos ganhos foi realizado por diferentes métodos algorítmicos com e sem restrições. Buscou-se através deles minimizar diferentes índices de desempenho. Na validação do projeto foi verificado se os controladores projetados atendem aos requisitos de qualidade de voo, margem de estabilidade e desempenho robusto através de técnicas como o lugar das raízes, diagramas de Nichols e análise dos valores singulares. Por último, foram feitas simulações no tempo com o modelo não-linear para uma atmosfera tranqüila e com a presença de distúrbios, a fim de comprovar o desempenho satisfatório também nestas condições.

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.