Preliminary design of an in-flight icing condition measurement system for flight test instrumentation

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Domingos, Juliano
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de São Paulo
• Palavras-chave em Português: Ensaios em voo; Flight Test Instrumentation; Sensores; Icing; Aircraft
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11600/65316

Ocorreram diversos acidentes com aeronaves causados por formação de gelo em voo, resultando em mortes de tripulantes e passageiros. O gelo acumulado sobre a aeronave resulta em mudança de características aerodinâmicas e de controle. Para evitar este tipo de acidente foram estabelecidos requisitos de projeto das aeronaves para enfrentarem condições de formação de gelo, sendo também necessária a realização de ensaios com protótipos em condições atmosféricas pré-determinadas para demonstrarem que o projeto satisfaz aqueles requisitos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um projeto preliminar e um modelo de simulação de um novo sistema de instrumentação para ensaios de formação de gelo em protótipos de aeronaves. A pesquisa foi realizada na Unifesp em parceria com a Embraer. Para execução desta pesquisa foi utilizada a metodologia Design Science (DS) complementada pelo método de Desenvolvimento Integrado do Produto (DIP) e por conceitos de Systems Engineering (SE). A aplicação desta metodologia de pesquisa está neste documento estruturada nas fases de Definição, Desenvolvimento e Aprendizado. Inicialmente foi realizada uma revisão da literatura visando encontrar publicações e outros documentos mais relevantes e recentes sobre o tema. Além disso foram levantados tópicos relacionados a formação de gelo, ensaios em voo, certificação de aeronaves, instrumentação de ensaios em voo, processo de desenvolvimento de produto e resultados da revisão sistemática da literatura. Durante fase de definição, foram levantadas oportunidades de melhoria da arquitetura do sistema, tendo sido priorizadas a busca por sensores para medição de acúmulo de gelo na asa, novos sensores para medição de características das nuvens e melhorias no processamento de dados de ensaios. Os requisitos para o desenvolvimento do sistema foram definidos levando em consideração aspectos de certificação e opiniões de especialistas. Em seguida foi elaborado o projeto conceitual do sistema e apresentado a especialistas da empresa para avaliação. Com a aprovação do projeto conceitual, o projeto em nível de sistema foi executado de forma a considerar condições atmosféricas, condições de voo, dinâmica de sensores, aquisição e processamento de dados e apresentação de re- sultados. Os principais resultados deste trabalho são uma relação de sensores de gelo e tecnologias recomendados para uso comercial, além da construção de um modelo de simulação em MATLAB/Simulink® incluindo blocos representando nuvens em condições de formação de gelo, dinâmica de voo do avião e modelamento dos sensores de medição do Median Volume Diameter (MVD) e do Liquid Water Content (LWC) das gotas de água. O modelo também abrange um bloco de aquisição e processamento de dados de sensores com as informações de condições de formação de gelo dentro dos critérios e padrões de aeron- avegabilidade de aeronaves de transporte (Title 14 CFR Part 25). Os resultados de simulação de um voo de ensaio em condições de envelope de formação de gelo são apresentados em formas de gráficos e tabelas, além do cálculo de tempo equivalente. Finalmente são exibidas as conclusões da dissertação indicando as principais contribuições do autor e limitações do trabalho. Também são incluídas as reflexões sobre o desenvolvimento da pesquisa assim como sugestões de continuidade.