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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2007.tde-20092007-171040
Documento
Autor
Nome completo
Wellington da Silva Mattos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2007
Orientador
Banca examinadora
Greco Junior, Paulo Celso (Presidente)
De Marqui Junior, Carlos
Góes, Luiz Carlos Sandoval
Título em português
Ajuste do modelo matemático de uma aeronave com sistema de aumento de estabilidade com base em ensaios em túnel de vento
Palavras-chave em português
Análise de sensibilidade paramétrica
Sistema de aumento de estabilidade
Sistemas de controle de vôo
Resumo em português
O presente trabalho descreve a aplicação de um método de ajuste de modelo, com base em resultados experimentais obtidos em túnel de vento, a uma aeronave com sistema de aumento de estabilidade longitudinal (LSAS). O estudo inclui uma revisão de métodos para ajuste de modelos, o desenvolvimento do modelo matemático da aeronave e uma descrição dos ensaios em túnel de vento da aeronave com o LSAS. O sistema automático de controle é composto de (1) um sistema de aquisição de dados, que processa o sinal do sensor e envia um sinal de comando para o atuador; (2) um potenciômetro, usado como sensor de ângulo de arfagem; e (3) um servo motor, usado como atuador do canard. O modelo de aeronave é baseado no Grumman X-29, que tem asa de enflechamento negativo e canard. Sua margem de estabilidade estática pode ser ajustada mudando a posição do centro de rotação que, por sua vez, coincide com a posição do centro de gravidade da aeronave através de balanceamento do peso. O ajuste do modelo matemático do avião é conduzido, no ambiente Matlab/Simulink, com a modificação dos parâmetros das derivadas de estabilidade da aeronave, do filtro digital e da dinâmica do sensor e do atuador. O objetivo é obter uma correlação ótima entre resultados teóricos e experimentais. O método da análise da sensibilidade paramétrica é escolhido para o ajuste do modelo. Numa primeira fase do estudo, a comparação entre resultados experimentais e numéricos é feita com base nas freqüências e razões de amortecimento da variação do ângulo de arfagem em resposta a uma entrada do tipo impulso de deflexão do canard. Numa segunda fase a comparação é baseada diretamente na resposta no tempo do ângulo de arfagem numérico e experimental para a mesma entrada impulso do canard. Três posições do centro de gravidade são analisadas, uma em que a aeronave é estaticamente estável e duas em que ela é instável. Os resultados mostram grande variação dos parâmetros ajustados indicando a necessidade de aperfeiçoamento na implementação da metodologia utilizada.
Título em inglês
Adjustment of an aircraft mathematical model with stability augmentation system based on wind tunnel analysis
Palavras-chave em inglês
Flight control systems
Parametric sensitivity analysis
Stability augmentation system
Resumo em inglês
The present work describes the application of a model updating method, based on experimental wind tunnel data to an aircraft longitudinal stability augmentation system (LSAS). The study includes a revision of model updating methods, the development of the aircraft mathematical model and the description of a previously conducted, aircraft LSAS wind tunnel testing. The LSAS is comprised by (1) a data acquisition system, which processes the sensor signal and sends the control command to the actuator; (2) a potentiometer, used as a pitch angle sensor; and (3) a servo motor, used to actuate canard deflection. The aircraft model is based on the Grumman X-29, which has canard and forward swept wing. Its static stability margin can be adjusted by changing the center of rotation position which, in turn, coincides with the aircraft center of gravity position through weight balance. The airplane mathematical model updating is carried out, in the Matlab/Simulink environment, by adjusting model parameters for aircraft stability derivatives, digital filter, sensor and servo dynamics. The objective is to obtain an optimal correlation between numerical and experimental results. The parametric sensitivity analysis method is chosen for model updating. In a first phase of the study the comparison between theoretical and experimental results is based on frequencies and damping ratios for aircraft pitch angle response to an impulse canard deflection input. In a second phase the comparison is based directly on experimental and numerical pitch angle time response to the same impulse canard deflection input. Three center of gravity positions are analyzed, one for which the aircraft is statically stable and two for which it is unstable. Results show large variations among adjusted parameters indicating the need for improvements in the implementation of the adopted methodology.
 
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W_S_Mattos.pdf (1.93 Mbytes)
Data de Publicação
2007-10-03
 
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