AFA - DENG - ACEEC - Trabalhos Finais de Mestrado
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- Aerodynamic detailed design of an Unmanned Aerial Vehicle with VTOL capabilitiesPublication . Coelho, VascoEsta tese está integrada num projeto de desenvolvimento de um veículo aéreo não tripulado capaz de efetuar descolagem e aterragem vertical, e tendo hidrogénio como principal fonte de energia utilizando para tal uma célula de combustível. A dissertação foca-se nas fases de desenvolvimento preliminar e detalhada no que diz respeito a estudos aerodinâmicos e desempenho em voo. A fase preliminar abrange a conceção da asa e da cauda, recorrendo ao software XFLR5, em conjunto com uma estimativa da resistência aerodinâmica total da aeronave, recorrendo a expressões semi-empíricas. Para a análise detalhada, foi utilizado o software de mecânica de fluidos computacional Fluent. A escolha do modelo de turbulência SST, em conjunto com o modelo de transição y_Re0 , é validada pelas simulação 2D do perfil SG6042, apresentando resultados consistentes com os dados experimentais. A polar aerodinâmica da asa é obtida através da simulações 3D da mesma para vários ângulos de ataque. Por forma a melhorar as propriedades aerodinâmicas da asa, foi aplicada torção à ponta da asa, movendo a região inicial da perda da ponta da asa para a raiz. O impacto do sistema de propulsão vertical na resistência aerodinâmica em voo cruzeiro é avaliado através da realização de testes em túnel de vento e simulações em Fluent. Simulações de toda a aeronave concluem que, dependendo do alinhamento dos rotores, a resistência aerodinâmica da aeronave varia entre 16.32 e 19.22 N para voo cruzeiro, resultando num tempo total de voo entre 3H05 e 3H25.
- Construção do modelo de comunicação de dados por ARINC 429 das aeronaves C295M da Força Aérea PortuguesaPublication . Lazera, DavidEsta dissertação tem como objectivo o desenvolvimento de uma metodologia de recolha de dados que circulam nos barramentos ARINC 429 da aeronave CASA C295M da Força Aérea Portuguesa. A compreensão do protocolo ARINC 429, dado o seu elevado leque de aplicação na aeronáutica, atribuirá à Força Aérea Portuguesa a capacidade para tomar decisões técnicas nos sistemas aviónicos que utilizem este protocolo numa variedade de sistemas de armas. O conhecimento destes barramentos e a determinação dos seus pontos de acesso permite investigar a origem física de falhas, quer seja em equipamentos intermédios, quer nas cablagens da aeronave. Em termos práticos, com o conhecimento de quais os equipamentos que comunicam nesta linguagem sabe-se, em termos genéricos, o tipo de informação que transmitem. Contudo desconhece-se especificamente quais os dados que são transmitidos. Desta forma, o método de trabalho foi orientado no sentido de localizar barramentos ARINC 429 da aeronave e fazer o levantamento dos mesmos. Esse processo passou pelo desenvolvimento de uma metodologia, com recurso a uma plataforma, que descodificasse os barramentos ARINC 429. É apresentado em primeiro lugar é estudado o protocolo em questão para compreensão da sua estrutura. Este processo foi essencial para etapa seguinte que consistiu na realização de testes à plataforma escolhida no sentido de avaliar a sua capacidade de resposta em ambientes operacionais semelhantes aos presentes nos sistemas de armas. Posteriormente é apresentado o processo efectuado para o levantamento dos barramentos existentes no sistema de armas C295M, nomeadamente as suas localizações e informação expectável de circularem nesses barramentos. No final apresenta-se a informação digital que foi possível descodificar em cada barramento. Apresentam-se também alguns projetos que necessitam da informação compilada e os resultados obtidos neste trabalho.
- Controlo de voo de formação para missões de busca em ambiente marítimo com UAV'sPublication . Santos, LuísA presente dissertação enquadra-se na missão do Centro de Investigação da Academia da Força Aérea (CIAFA) e pretende desenvolver um sistema de controlo de voo de formação de Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), com uma metodologia líder-seguidor, com vista à sua utilização em missões no âmbito da busca marítima. Inicialmente, são estudadas as principais referências de controlo de movimento de UAVs e de busca marítima. Em seguida, e determinada a geometria da formação, através da análise dos padrões de busca mais comuns, do footprint das câmaras utilizadas e das dist^ancias de seguran ca inerentes à aeronavegabilidade da formação. Adicionalmente, são implementadas leis de controlo de path following e trajectory tracking para definir o voo da aeronave líder e das aeronaves seguidoras, respetivamente. Esta implementação é testada em simulação numérica, através da utilização do Simulink, ferramenta do software MATLAB, para estudar a viabilidade da sua utilização para o controlo de voo de formação. Por último, são efetuadas simulações Software In The Loop (SITL) atrav es da utilização da ferramenta Simulink e do simulador Gazebo. Este software simula o comportamento da dinâmica das aeronaves durante todas as fases de voo. A arquitetura de simulação SITL tem por base a ferramenta Robot Operating System (ROS). Os resultados obtidos permitem validar o dimensionamento realizado, consistindo numa versão preliminar, funcional, de uma solução de voo de formação para aplicação em missões de busca em ambiente marítimo.
- Development of additional sensor capabilities for use in unmanned aerial vehicles under CIDIFAPublication . Parcelas, RafaelVeículos aéreos não tripulados (VANTs) originalmente foram desenvolvidos para aplicações militares que, pela sua natureza não transportam operadores humanos a bordo. Esta dissertação foi realizada no seguimento do projeto Seagull. Este originou da necessidade da geração de um conhecimento situacional marítimo rigoroso e representa um dos esforços da Força Aérea Portuguesa para o cumprimento da sua missão, de acordo com os objetivos definidos pelo Conceito Estratégico de Defesa Nacional. Esta tese tem por objectivo expandir as capacidades já desenvolvidas no projeto Seagull. O trabalho apresentado foi realizado sobre a premissa que o ambiento marítimo é o principal cenário de operação. Assim sendo, um objetivo importante é a capacidade de localizar embarcações a partir dos dados visuais provenientes da aeronave. Cameras equipadas com lentes de parâmetros variáveis revelam-se mais úteis do que as com lentes de parâmetros fixos. As lentes de parâmetros variáveis permitem a um operador obter imagens com melhor qualidade através de ajustes na configuração das lentes, contudo estas não são usualmente usadas em visão computacional devido a dificuldade inerente em modelar variaçães continuas das configurações da camera. Esta tese apresenta uma metodologia para calibração de cameras com zoom variável e a sua utilização numa metodologia de localização geográfica. A metodologia de calibração de cameras apresentada é baseada na técnica de Zhang. Os modelos obtidos dos parâmetros intrínsecos da camera foram testados num equipamento com lentes de zoom numa experiência à escala reduzida do problema da localização geográfica. Utilizando a hipótese da terra-plana, o objetivo desta experiência foi validar tanto os modelos obtidos da calibração como a performance da metodologia para localização de alvos. Identificando a localização em pixeis de um alvo junto com a posição e orientação da camera, as coordenadas de um alvo são determinadas no ”referencial do mundo”. Uma experiência a escala real do problema de localização geográfica foi conduzida na Academia da Força Aérea Portuguesa, onde um conjunto de locais foram selecionados para testar a metodologia desenvolvida. O objetivo desta experiência foi avaliar o trabalho desenvolvido através da determinação das coordenadas geográficas de um alvo nâo cooperativo no solo sob condições reais. Através da comparação de resultados entre as estimativas providenciadas pela metodologia de localização geográfica proposta e as coordenadas GPS dos alvos foi possível identificar fatores e causas de erro possíveis de serem mitigadas. Os resultados obtidos das experiências realizadas revelam uma interdependência entre os parâmetros intrínsecos da camera utilizada e o seu zoom. A metodologia de localização geográfica apresenta resultados promissores para ser utilizada em ambiente marítimo. Contudo, os erros experimentais observados foram categorizados em três fatores. O primeiro fator verificado foi as limitações dos modelos obtidos da calibração da camera. O segundo fator foi a diferença de alturas entre a altitude acima do solo da camera e a altitude acima do alvo. O terceiro e último fator é a influência dos fatores ambientais no ruído da imagem e a sua sensibilidade à prespectiva da imagem para a captura do alvo.
- Estudo, desenvolvimento e implementação de uma solução para receber e enviar sinais de voz na banda aeronáutica através de um Software Defined Radio (SDR) a bordo de uma aeronave não-tripuladaPublication . Glória, AndréEste trabalho está enquadrado na missão do Centro de Investigação da Academia da Força Aérea (CIAFA) e tem como principal objetivo desenvolver uma solução, que permita a comunicação de voz em banda aeronáutica entre os operadores do Unmanned Aerial Vehicle (UAV), outras aeronaves e Ground Stations (GS). Numa fase inicial, são estudadas a transmissão e receção na banda aeronáutica e as opções de hardware e software disponíveis para a aplicação considerada. De seguida, são apresentadas as dimensões do UAV ANTEX-X02 Alfa Extended, com destaque para a zona de payload, seguido da análise dos seus sistemas. O desenvolvimento do sistema foi realizado de forma modular: i) determinação dos requisitos do sistema; ii) receção do sinal analógico de voz modulado em amplitude através de um Software Defined Radio (SDR); iii) envio de sinais analógicos de voz modulados em amplitude através de um SDR; iv) envio e receção de sinais de voz através de uma ligação digital via Internet Protocol (IP). A validação da implementação é realizada de forma independente, para cada um dos módulos desenvolvidos. Finalmente, demonstra-se o funcionamento do sistema completo, recorrendo a uma implementação de software que articula os diferentes módulos. A solução final implementada, permite a um operador de sistemas UAV realizar comunicações de voz através do sistema instalado. Porém, demonstra-se o funcionamento da implementacão através de um conjunto de testes elaborados com o propósito de simular a operação da aeronave. Estes testes são posteriormente analisados e são feitas recomendações para aplicações futuras.
- Implementação de automatismo na transferência e análise de dados de monitorização do helicóptero EH101Publication . Nunes, MarcoO sistema de armas AugustaWestand EH101 "Merlin" é considerado um dos mais modernos e tecnológicos existentes no mundo face aos sistemas avançados que o constituem. O helicopter integra o Health and Usage Monitoring System (HUMS) que permite monitorizar e acompanhar automaticamente a condição e o desgaste dos componentes a bordo e alertar a tripulação em tempo real para eventuais anomalias de componentes em voo. Os dados HUMS gravados em voo podem ser descarregados após cada voo para a Portuguese Ground Station (PGS) onde serão analisados e processados. A PGS consiste num software de gestão e manutenção do helicóptero que faz o registo de atividades de manutenção e o processamento dos dados recolhidos pelos sistemas de monitorização entre outras funções. É um software proprietário de código fechado destinado a correr em ambientes com sistemas operativos Microsoft Windows XP cujo suporte será descontinuado em abril de 2014 Segundo anunciou a Microsoft. Este fato pode comprometer a curto-médio prazo a continuação da utilização da PGS caso a Forc¸a Aérea Portuguesa (FAP) deixe de utilizar o sistema operativo Windows XP, em virtude da atualização do seu sistema operativo base. Além do referido a PGS é um software de código fechado implicando com isso que não é possível à FAP adaptá-lo às necessidades institucionais emergentes, ficando este num futuro próximo obsoleto. Contudo contém algoritmos de processamento de métricas e de dados de monitorização que são fulcrais para tratar os dados recolhidos no helicóptero. Uma vez que não existe um software alternativo à PGS que opere em qualquer plataforma informática e como a sua utilização é necessária para a atualização e processamento dos dados do helicóptero a solução que se apresenta é a criação de uma web application que nâo substituir á na íntegra a PGS mas que faça o download da informação da base de dados. A aplicação designada Sistema de Apoio à Gestão do EH101 (SAGEH) foi desenvolvida em OutSystems, que consiste numa ferramenta atual, flexível e de simples utilização. A SAGEH acede à PGS através de um explorador de internet e assim pode ser utilizada em qualquer sistema operativo além de que permite à FAP ter a total liberdade no controlo das suas funcionalidades. Para tal é feito um estudo dos sistemas a bordo do helicóptero e da PGS, dos dados de entrada e saída dos sistemas assim como da forma e da estrutura em que estes sâo guardados. No final é apresentado o SAGEH juntamente com as suas funcionalidades de visualização de dados e um módulo de análise inteligente de anomalias nos sistemas de transmissão e vibração tornandoa numa ferramenta de grande importância para o apoio e a tomada de decisões na gestão do helicóptero EH101.
- Implementação de fontes de energia renováveis em U/O/S da Força AéreaPublication . Gonçalves, FranciscoO desenvolvimento e a execução da missão da Força Aérea só é possível devido ao emprego da energia, através de equipamentos e sistemas de apoio às atividades operacionais (aviónica, armamento, radares, telecomunicações e sistemas e redes computacionais) e através de sistemas de produção, distribuição e utilização de energia elétrica. A utilização eficiente, racional e sustentável do consumo energético é essencial para o desenvolvimento económico e diminuição dos impactos ambientais. Esta dissertação faz a análise da implementação de fontes de energias renováveis no Campo de Tiro (CT) de Alcochete, ou seja, o trabalho tem a finalidade de avaliar a implementação técnico-económica de uma fonte de energia renovável, a energia solar fotovoltaica, em regime de autoconsumo tendo em conta as características da Unidade. Foi feita uma caracterização da radiação solar e percurso solar na região de Alcochete e do dimensionamento dos módulos fotovoltaicos, dos inversores, dos cabos e dos dispositivos de proteção que constituem o sistema fotovoltaico e respetiva configuração. Na avaliação do projeto foi feita uma estimativa da energia produzida pelo sistema fotovoltaico com as necessidades energéticas do CT de Alcochete e foi considerado o custo do sistema com parâmetros económicos de forma a aferir a viabilidade económica do sistema projetado. Em suma, pretende-se que a dissertação forneça uma base para futuros projetos de implementação de energia solar fotovoltaica nas U/O/S da Força Aérea.
- Model and control of a solar tower for energy productionPublication . Kevin, RamosSolar towers are electrical power production systems that use highly concentrated solar radiation as energy source that is collected by means of a heat-transfer fluid. This master thesis studies the application of several control strategies with the aim of maintaining the working fluid at a temperature that maximizes the electrical production. The main difficulties are the nonlinear fluid temperature dynamics, plant thermal constrains, and a variable energy source that cannot be manipulated. The temperature dynamics flow dependence demands for a changing parameter controller that results from a gain scheduling scheme or from a multi-model adaptive control strategy, in which the manipulated variable is adjusted by one of the set of local controllers designed for different operating regimes. The former is accomplished through a Proportional-Integral Controller (PI) control and the latter via Linear Quadratic Gaussian (LQG) optimal control. In addition, the Multistep Multivariable Adaptive Regulator (MUSMAR) control algorithm that adjusts its gains to every plant dynamic change, including parameters, is tested. Although the mentioned control concepts are applied considering the flow as the only manipulated variable, the combination of the latter with the radiation flux reflected by the heliostat field is also studied through PI control. The solar tower electrical power production has a maximum for a given outlet temperature that changes with plant parameters and disturbances. The improvement of production levels is conducted by adjusting the temperature reference with a static optimization procedure.
- Monitorização estrutural com recurso à análise de padrões de speckle em sensores óticos distribuídosPublication . Reis, FilipeA operação segura de uma aeronave é o principal objetivo de qualquer operador, uma vez que qualquer falha estrutural pode dar origem a desastres aéreos o que salienta a importância da monitorização de qualquer tipo de dano. A monitorização de saúde estrutural pode ser definida como o processo de diagnóstico e prognóstico da habilidade de uma estrutura funcionar corretamente e manter a sua integridade estrutural ao longo da sua vida. A saúde estrutural pode ser monitorizada através de tecnologias baseadas em redes de sensores utilizando fibras óticas, uma vez que para além de possibilitarem uma monitorização continua, têm custos reduzidos, não necessitam de grandes manutenções, melhoram o desempenho e segurança da aeronave e estendem o tempo de vida das estruturas garantindo aeronaves mais eficientes e mais atrativas economicamente. Na presente dissertação propôs-se e demonstrou-se a aplicação de um sensor ótico baseado em fibras óticas poliméricas, que permite a deteção de perturbações em estruturas recorrendo à análise de padrões speckle obtidos através da fibra. Desta forma, foram realizados diferentes testes para verificar a capacidade do sensor na identificação de perturbações diretamente na fibra ou numa estrutura metálica, onde foi colocado. De modo a processar os sinais obtidos, calculou-se a correlação entre padrões speckle consecutivos e a intensidade média de cada um desses padrões, de onde se concluiu que este sensor é sensível a qualquer perturbação que ocorra na fibra ou em áreas circundantes, sendo possível estabelecer relações entre os valores de correlação/intensidade e as frequências e/ou amplitudes das perturbações.
- Multidisciplinary optimisation of an Unmanned Aerial Vehicle with a fuel cell powered energy systemPublication . Alves, BernardoPara explorar a utilização de células de combustível a hidrogénio como alternativa viável aos combustíveis nocivos em veículos aéreos não-tripulados, um conceito de UAV de classe I foi desenvolvido no Centro de Investigação da Força Aérea (CIAFA). Este trabalho foca-se nos estudos trade-off realizados durante a sua conceção e na subsequente otimização. Primeiro, uma abordagem de otimização multi-objetivo foi utilizada com o auxílio do algoritmo genético NSGA-II para balancear dois objetivos em conflito: peso reduzido; e elevada autonomia. Conclui-se que é possível voar mais de três horas com um peso máximo à descolagem de 21,6 kg, uma célula de hidrogénio de 800 W e 148 g de hidrogénio. Uma configuração mais pesada com maior potência nominal e mais combustível foi descartada devido a um constragimento na envergadura. Posteriormente, com um conceito que satisfaz os requisitos impostos, uma abordagem multi-disciplinar (MDO) foi utilizada para maximizar a autonomia. O software utilizado foi o OpenAeroStruct, método dos elementos finitos (FEM) e o método da malha de vórtices (VLM) para modelar superfícies sustentadoras. Inicialmente, uma condição de cruzeiro e de carga foram utilizadas com torção geométrica da asa como variável de projeto. Posteriormente, maior complexidade foi introduzida atrav´es da utilização de afilamento, corda e envergadura. Finalmente, uma terceira condição de voo foi introduzida com o intuito de garantir o requisito de perda. Com a utilização de MDO foi possível aumentar a autonomia em 21% satisfazendo todos os requisitos. Este trabalho marca um passo importante no desenvolvimento de um futuro protótipo no Centro de Investigação.