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Sistemas de Aeronaves - Controlador PID

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Parte I – Princípios de Funcionamento de Sistemas de Aeronaves Parte II – Modelação e Análise de Sistemas de Aeronaves Parte III – Projeto de Controlador PID

Text of Sistemas de Aeronaves - Controlador PID

  • Sntese

    Parte I Princpios de Funcionamento de Sistemas de Aeronaves Parte II Modelao e Anlise de Sistemas de Aeronaves

    Parte III Projeto de Controlador PID

    Joo Cardoso, 30259 Nuno Rafael Valente, 30298

    Prof. K. Bousson Janeiro 2015

    MINI-PROJETO SISTEMAS DE AERONAVES

  • Joo Cardoso, 30259 Nuno Rafael Valente, 30298 1

    Parte I

    PRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO DE SISTEMAS DE AERONAVES SISTEMAS DE ANTIGELO E DEGELO

  • Joo Cardoso, 30259 Nuno Rafael Valente, 30298 2

    Parte I

    Introduo ................................................................................................................... 3

    Formao de gelo ......................................................................................................................................... 3

    Efeitos ........................................................................................................................................................... 4

    Papel do sistema nas aeronaves ................................................................................. 6

    Princpios de funcionamento ...................................................................................... 7

    Sistemas anti gelo ......................................................................................................................................... 7

    Sistemas de degelo ....................................................................................................................................... 8

    Vantagens e limitaes ............................................................................................. 11

    Vantagens/desvantagens .......................................................................................................................... 11

    Limitaes .................................................................................................................................................. 12

    Impacto ambiental ..................................................................................................................................... 12

    Concluses ................................................................................................................. 13

  • Joo Cardoso, 30259 Nuno Rafael Valente, 30298 3

    Introduo

    Formao de gelo

    A formao de gelo em aeronaves um fenmeno que ocorre quando o ar contm gotculas de gua extremamente fria devido s baixas temperaturas. Em altitudes elevadas as temperaturas so extremamente baixas. Em combinao com a humidade que se faz sentir em algumas zonas (quando o avio atravessa uma nuvem, por exemplo), ocorre a formao de gelo que afeta asas, tubo de Pitot, etc. A acreo do gelo ocorre em reas da estrutura exterior da aeronave perto dos pontos de estagnao do escoamento como o caso do bordo de ataque das asas.

    As condies da formao de gelo so caracterizadas quantitativamente pelo tamanho mdio das gotculas, teor de gua em estado lquido e temperatura do ar. Qualitativamente, os pilotos descrevem as condies de formao de gelo em termos do seu efeito sobre as aeronaves e est naturalmente dependente das capacidades da aeronave. Os Regulamentos Federais da Aviao, prescritos pela Administrao Federal de Aviao, tambm contm a definio das condies de formao de gelo para as quais apenas algumas aeronaves esto certificadas para voar.

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    Efeitos

    Apesar dos esforos da indstria aeronutica, a formao de gelo nas aeronaves civis continua a ser uma das maiores causas de acidentes aeronuticos devido a condies atmosfricas adversas.

    O mtodo de contabilizar o perigo do congelamento transportado pelo ar varia dependendo da natureza da aeronave e dos seus requisitos operacionais.

    Existem vrias formas de definir a quantidade de gelo formado em aeronaves mas as mais usuais, particularmente na aviao civil, so baseadas no grau de acumulao e descrito da seguinte forma:

    Se ocorrer formao de cristais de gelo no bordo de ataque da asa, a aeronave entrar em stall a ngulos de ataque mais baixos e velocidades mais elevadas do que em condies de ausncia de gelo nas asas.

    A formao de gelo nas asas tende a ser assimtrica o que provoca um diferencial das caractersticas do escoamento entre as duas asas o que representa naturalmente uma perturbao ao normal funcionamento da aeronave.

    Intensidade Acumulao de gelo

    Vestgio O gelo torna-se perceptvel. A taxa de acumulao ligeiramente maior que a taxa de sublimao. No representa perigo.

    Leve A taxa de acumulao pode criar problemas se estas condies de voo excederem uma hora. O uso ocasional do dos equipamentos de anti gelo/degelo previnem/removem a acumulao.

    Moderado A taxa de acumulao tal que at curtas exposies a estas condies tornam-se potencialmente perigosas. O uso de equipamentos de anti gelo/degelo ou at mesmo uma diverso da rota so necessrios.

    Severo O rcio de acumulao tal que os equipamentos de anti gelo/degelo falham na reduo ou controlo do perigo. Uma diverso imediata necessria.

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    Alm disso, a formao de gelo noutras reas crticas como o tubo de Pitot, afeta o indicador de altitude e o velocmetro e, consequentemente, a anlise de dados e tomadas de deciso por parte do piloto.

    Nas empenagens horizontais a acumulao de gelo tambm significativa e os seus efeitos so bastante constrangedores. Uma vez que a cauda tem a funo de equilibrar o avio, a acumulao de gelo nessa estrutura cria uma fora descendente na traseira do avio, anulando o efeito elevador.

    O gelo pode representar perigo no s quando se forma nas aeronaves mas tambm nas pistas onde a aeronave descola e aterra, semelhana do que acontece com os carros nas estradas.

    Para evitar ou minimizar os perigos que o congelamento representa, foram desenvolvidos sistemas que previnem esse mesmo congelamento ou removem camadas de gelo que se tenham formado sobre as superfcies das aeronaves.

  • Joo Cardoso, 30259 Nuno Rafael Valente, 30298 6

    Papel do sistema nas aeronaves

    Existem diferentes sistemas de remover o gelo ou prevenir a formao do mesmo, nomeadamente, sistemas eltricos, pneumticos e sistemas de ar quente.

    Para evitar que gelo se forme na asa, as aeronaves so dotadas de um sistema chamado anti- ice (antigelo) ou de-ice (degelo). A principal diferena entre os dois sistemas que o anti-ice no deixa que o gelo se forme na asa atravs de aquecimento, como ser explicado mais adiante. O sistema de-ice permite a formao do gelo at certo ponto, quebrando-o em seguida. Isto impede perturbaes no escoamento em torno das asas que possam alterar o ngulo de ataque crtico e velocidade crtica a partir dos quais ocorresse perda de sustentao.

    Tambm existem sistemas eltricos que aquecem determinadas partes incorporadas na fuselagem do avio, impedindo que congelem. Um exemplo o aquecimento dos tubos de Pitot, este aquecimento de grande importncia, uma vez que a formao de cristais de gelo nesta sonda pode provocar anomalias na obteno de dados relativos velocidade e altitude. Por exemplo, no voo Air France 447 a origem do acidente fui atribuda inconsistncia das velocidades fornecidas aos pilotos devido ao congelamento destas sondas que viria a provocar decises incorretas dos pilotos responsveis.

    Resumidamente, os sistemas descritos assumem a funo de prevenir e/ou remover a acreo de gelo sobre as superfcies externas das aeronaves contribuindo para o funcionamento regular dos componentes sobre os quais atuam.

  • Joo Cardoso, 30259 Nuno Rafael Valente, 30298 7

    Princpios de funcionamento

    Tal como foi descrito, existem diferentes sistemas para minimizar ou at mesmo solucionar o problema do congelamento das aeronaves, que tm diferentes formas de operar.

    Sistemas anti gelo

    Os sistemas anti gelo podem recorrer a:

    Ar quente que pode ser sangrado continuamente ou apenas perante a presena de condies de congelamento. O ar quente projetado para o interior de superfcies sujeitas acreo de gelo tal como o bordo de ataque das asas;

    Aquecimento eltrico de elementos da estrutura suscetveis a congelamento de formo a atingirem uma determinada temperatura contnua na sua superfcie exterior;

    O sistema de ar quente recorre ao ar sangrado dos motores. Uma parte do ar comprimido pelo motor (que extremamente quente) desviado atravs de uma vlvula e passa, posteriormente, por dentro de tubos localizados atrs dos slats (ou apenas no interior do bordo de ataque da asa no caso de avies que no possuem slats). Esses dutos possuem uns furos calibrados que deixam o ar quente escapar, aquecendo o alumnio por dentro evitando assim que o gelo se forme no bordo de ataque da asa.

    Existe ainda uma outra forma de prevenir a formao de gelo, que se designa de sistema passivo. Este mtodo recorre aplicao de superfcies hidrofbicas caracterizadas por um elevado nvel de resistncia gua e efeito repelente natural que impedem a formao de gelo. Este sistema tambm inclui as caractersticas da superfcie e formato das asas ou empenagem.

  • Joo Cardoso, 30259 Nuno Rafael Valente, 30298 8

    O aquecimento eltrico recorre a resistncias incorporadas na fuselagem que geram calor quando a corrente aplicada.

    Sistemas de

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