Modelagem e simulação de uma aeronave multi-rotor não convencional

• Autor(a) principal: Herrera, Alvaro
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21509
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOO::ESTABILIDADE E CONTROLE; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::SISTEMAS AEROESPACIAIS::AVIOES; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::SISTEMAS AEROESPACIAIS::HELICOPTEROS; Multi-rotor; UAV; Coaxial-rotor; Dynamic_modeling; Flight_mechanics; Tilt-rotor; VANT; Rotor-coaxial; Modelagem_dinâmica; Mecânica_do_voo

O presente trabalho trata sobre a modelagem dinâmica de uma aeronave não tripulada e não convencional, que possui características de sustentação híbrida. Através da alteração da orientação angular do conjunto asa + rotor, em relação à linha de referência da fuselagem, com capacidade de decolar verticalmente e prosseguir em voo de cruzeiro. A aeronave pode ser definida como um VTOL (Vertical Take Off and Landing, por sua siglas em inglês) que utiliza superfícies aerodinâmicas e vários rotores. Com três rotores coaxiais capazes de girar independentemente em relação ao resto do corpo, isto torna a aeronave um veículo de morfologicamente variável e assimétrico. Sua dinâmica é definida a partir dos princípios da Mecânica Clássica e das relações aerodinâmicas pertinentes. Um modelo 3D no software de CAD (Computing Aided Design) SolidWorks® é realizado para obter suas relações de massa e inércia. Para análise do modelo dinâmico, as equações do movimento são linearizadas em torno de duas condições de equilíbrio distintas na forma de espaço de estados. A primeira condição refere-se ao voo pairado no ar (hover) e a segunda trata de um voo em modo cruzeiro, no qual a aeronave precisa se manter a uma velocidade conhecida para gerar suficiente sustentação nas suas superfícies aerodinâmicas. O uso de rotores coaxiais permite desprezar os efeitos giroscópicos causados pelo giro de cada um dos rotores em relação ao resto do corpo. Por fim, avaliou-se o comportamento dinâmico e os critérios de estabilidade da aeronave para cada uma das condições de equilíbrio por meio de algoritmos implementados na plataforma MATLAB. Através da análise da resposta dinâmica temporal aos diferentes comandos da aeronave, foi possível constatar que esta é instável naturalmente e que requer de comandos para restabelecer sua condição de equilíbrio.