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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-8103-213X
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem numérica de um cabo adaptada à simulação de um par de aviões conectados
Author: Silva, Matheus Lopes
First Advisor: Morais, Tobias Souza
First member of the Committee: Silva, Higor Luis
Second member of the Committee: Venson, Giuliano Gardolinski
Summary: A modelagem dinâmica de um par de aviões conectados permite o estudo do comportamento dos aviões em diferentes contextos de voo e possibilitando, assim, a avaliação de condições seguras de operação para casos como reabastecimento aéreo ou rebocamento para planadores. Ainda, o modelo pode igualmente ser utilizado para o projeto de leis de controle para ambos aviões que aumentam a segurança da operação. Considerando isto, este trabalho propõe o estudo e desenvolvimento de um modelo dinâmico numérico envolvendo os aviões conectados por cabo. Então, iniciou-se pela realização de uma revisão bibliográfica sobre os diferentes tipos instabilidades que podem ocorrer no cabo, afim de tentá-las identificar em simulação e evitar envelopes perigosos de voo. Em seguida, foi realizada a pesquisa, implementação e adaptação de modelos dinâmico-estruturais numéricos que podem ser utilizados para modelar o cabo em um contexto de aviões conectados. Três modelos foram estudados e implementados. O primeiro é baseado no Lumped Parameter Method, o segundo baseado em Método dos Elementos Finitos utilizando elementos de barra e, por fim, o último sendo Método dos Elementos Finitos com a utilização de um elemento de viga não linear. As simulações mostraram que o primeiro método não era adaptável ao problema, enquanto os dois últimos foram facilmente implementados e testados. Uma comparação entre os dois modelos foi realizada, a fim de determinar qual era mais apropriado em diferentes contextos. Os resultados demonstraram que o MEF com elementos de barra apresentou comportamento estático idêntico ao elemento de viga, mas, dinamicamente, foram encontradas diferenças consideráveis entre os dois tipos de elemento, no qual o elemento de viga foi considerado fisicamente mais representativo. Por fim, utilizando-se ambos tipos de elemento propostos, buscou-se verificar o critério de estabilidade encontrado, em que uma perturbação seria amplificada caso se propagasse pelo cabo no sentido da direção do vento. Concluiu-se que, para os dois casos, o critério de estabilidade foi verificado, mas com comportamentos distintos entre os tipos de elemento.
Abstract: The dynamic modeling of a pair of aircraft connected by a cable allows the aircraft's behavior to be studied in different flight conditions, enabling the assessment of safe operating conditions for cases such as aerial refueling or glider towing. In addition, this model could also be used to design flight control laws for both aircraft involved, in order to enhance the operation's safety. In light of that, this work proposes the study and development of a dynamic numerical model involving the two aircraft connected by cable. Hence, we started from a literature review on a series of instabilities that could occur in the cable, so as to attempt to verify them in the simulation and avoid dangerous flight envelopes. Then, the research, implementation, and adaptation of structural-dynamics numerical models, which could be used for modeling a pair of tethered airplanes, were performed. Three of them have been studied and implemented. The first is based on the Lumped Parameter Method, the second is based on the Finite Element Method using a member element and the last is a Finite Element Method using a non-linear beam element. The simulations have shown that the first method was not suitable for the proposed problem, whereas the latter two were easily implemented and tested. In addition, a comparison was made between the last two to determine which one was the most suitable for different contexts. The results have shown that the behavior of the Finite Element Method using bar elements was statically identical to that using beam elements. However, dynamically, the methods have presented considerable differences, in which the beam element has been deemed to be more physically consistent. Finally, using both types of element, we sought to verify the stability criterion found, according to which a disturbance would be amplified if it traveled downwind. It was concluded that, for both cases, the stability criterion was verified, but with different behaviors between the element types.
Keywords: Par de aviões conectados
Pair of tethered aircraft
Simulação
Simulation
Método dos Elementos Finitos
Finite Element Method
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: SILVA, Matheus Lopes. Modelagem numérica de um cabo adaptada à simulação de um par de aviões conectados. 2024. 81 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44291
Date of defense: 24-Apr-2024
Appears in Collections:TCC - Engenharia Aeronáutica

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