AFA - DENG - ACEEC - Trabalhos Finais de Mestrado
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- 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.
- 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.
- 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.
- Sistema de comunicações de emergência via ionosfera para ligação ANPC-Pedrógão GrandePublication . Grou, RafaelEste trabalho teve como inspiração a tragédia que assolou o país em 2017, em que, resultado de falhas no sistema de comunicações existente para situações de emergência, milhares de pessoas acabaram por ser vítimas de um incêndio de proporções gigantescas. Como tal, surgiu a ideia de criar um sistema de comunicações alternativo, para que possa ser acautelada a comunicação entre entidades responsáveis em Portugal, caso o sistema em vigor volte a falhar. Esta dissertação tem como objetivo o estudo de um sistema de comunicações que permita que seja feita uma comunicação viável e de qualidade entre vários pontos do país, quer em situações de catástrofe natural, quer em possíveis cenários de conflito. Então, verificar-se-á se é possível fazer uma ligação entre a sede da ANPC, na Amadora, e a sede dos BV de Pedrógão Grande, através de uma comunicação NVIS. Neste estudo usou-se um dipolo de meia-onda para fazer a transmissão do sinal, e uma antena AS-2259/GR para fazer a receção do sinal. Foram calculados os dados referentes à ligação pretendida e, após os cálculos do ângulo de elevação e da atenuação referente à ligação em estudo, chegou-se à conclusão que, para uma potência de alimentação de 20 W, será possível fazer a ligação entre a ANPC e Pedrógão Grande com grande viabilidade, uma vez que a sensibilidade calculada na receção acaba por ser relativamente superior à sensibilidade necessária para que seja feita uma comunicação com qualidade.
- 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.
- 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.
- Projeto estrutural de um Veículo Aéreo Não Tripulado com uma célula de combustível de hidrogénioPublication . Sá, PauloRecentemente, o hidrogénio tem vindo a ganhar relevância no contexto nacional como fonte de armazenamento de energia renovável. Segundo a “Visão Estratégica para o Plano de Recuperação Económica de Portugal 2020-2030”, o hidrogénio é fundamental para atingir o objetivo político de neutralidade carbónica e sustentabilidade. Neste sentido, a Força Aérea Portuguesa (FAP) criou um projeto para um Veículo Aéreo Não-Tripulado (VANT) elétrico, com hidrogénio como fonte de armazenamento de energia, em detrimento das baterias de lítio. A transformação de energia é efetuada por uma célula de combustível de hidrogénio. A presente dissertação tem como objetivo o projeto estrutural do VANT. Primeiramente, elaborou-se o projeto conceptual, no qual se definiu a geometria da aeronave e respetivo envelope de voo, para determinar o fator de carga de projeto. Adicionalmente, efetuou-se um estudo de mercado para avaliar a percentagem de peso estrutural expectável para um VANT deste género. No projeto preliminar definiu-se os materiais compósitos usados e respetivas propriedades mecânicas, a partir das quais se calculou os laminados necessários numa longarina preliminar. Posteriormente, avaliou-se a distribuição dos componentes pela aeronave, calculando o peso total do VANT e respetivo centro de gravidade. Finalmente, o projeto detalhado realizou-se através de modelação em Desenho Assistido por Computador (CAD), a partir da qual se efetuou uma Análise de Elementos Finitos (FEA) para confirmar se os laminados atribuídos à estrutura da asa cumpriam os requisitos estipulados. Verificou-se que a configuração selecionada suporta a condição de carga crítica, estando o peso estrutural dentro do previsto.
- Projeto detalhado do sistema propulsivo para um veículo Aéreo Não Tripulado com capacidade de voo vertival e uma célula de combustível de hidrogénioPublication . Silva, PedroA presente dissertação decorre de um projeto de desenvolvimento de um veículo aéreo nâo tripulado (VANT), com capacidade de descolagem e aterragem vertical e com célula de combustível de hidrogénio como fonte principal de energia. O projeto abrange diversas áreas de estudo sendo esta dissertação centrada no estudo do sistema propulsivo. Como ponto de partida são abordados conceitos relativos ao sistema propulsivo assim como fundamentos da metodologia computacional adotada. Posteriormente são definidos e justificados os parâmetros inicias inerentes à fase conceptual, seguido da análise e selecão dos componentes do sistema propulsivo. Na fase detalhada é efetuada a análise teórica Blade Element Theory referente às hélices de voo horizontal. A metodologia é validada, apresentando resultados de thrust consistentes com os resultados experimentais, representando um bom método de comparação de hélices. A análise da dinâmica de fluidos computacional é efetuada com recurso ao software Ansys CFX utilizando o modelo de turbulência k_E adequado para escoamentos rotacionais e números de Reynolds analisados. Os ensaios em túnel de vento realizados apresentam um desvio padrão inferior a 1 N, pelo que se concluiu ser uma boa amostra recolhida. Perante a comparação dos resultados práticos e experimentais, referentes às hélices de voo horizontal e ao rotor vertical, obteve-se um erro inferior a 10 %, o que valida a modelação e a metodologia computacional adotadas. Por último, é demonstrado que o desempenho da hélice de voo horizontal e rotor vertical selecionados cumpre com os requisitos do projeto.
- 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.