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UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA CAMPUS DE JOAÇABA ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIAS - ACET CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA NOME DO AUTOR DO TRABALHO TÍTULO: subtítulo (se houver) JOAÇABA 2016 NOME DO AUTOR DO TRABALHO TÍTULO: subtítulo (se houver) Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica, Área das Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade do Oeste de Santa Catarina, como requisito para conclusão do curso. Orientador: Prof. Nome do Orientador, Titulação. JOAÇABA 2016 NOME DO AUTOR TÍTULO: subtítulo (se houver) Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica, Área das Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade do Oeste de Santa Catarina, como requisito para conclusão do curso. Aprovado em / /2016 BANCA EXAMINADORA Prof. Nome do professor 1, Titulação Prof. Nome do professor 2, Titulação Prof. Nome do professor 3, Titulação Modelo: Dedico este trabalho a meus pais, fonte de conhecimento e saber. Graças a eles, tornei-me uma pessoa capaz de lutar para que meus sonhos e objetivos fossem sempre alcançados, sem jamais desanimar. Considero-me forte porque eles me ensinaram a ser forte. AGRADECIMENTOS A Deus, por estar sempre presente e permitir que pela fé concretizasse mais essa realização. Ao Professor Xyz, pelo seu apoio e competência na ordenação para que este se realizasse com sucesso. À Professora Awfa, orientadora e amiga que, com boa vontade, compartilhou seus conhecimentos e suas experiências, possibilitando chegar ao final de cada etapa deste estudo. À minha família, fonte de minha força. Aos professores, pela dedicação. Aos meus amigos, Xxxx, Yyyyy pelo incentivo, amizade e companhia nos momentos de estudo. A todos que, de uma forma ou outra, colaboraram para que este trabalho fosse realizado com êxito. Modelo: Bem-aventurados os puros de coração porque verão a Deus. (Mateus, 5:8) RESUMO Aqui vai o resumo do trabalho. Palavras-chave: Manutenção Produtiva Total. Gestão da Manutenção. LISTA DE DESENHOS Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada. LISTA DE DIAGRAMAS Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada. LISTA DE ESQUEMAS Esquema 1 - Divisão conceitual da Mecânica de Voo para o estudo da maioria de seus problemas 24 Esquema 2 - Metodologia aplicada ao estágio supervisionado 32 Esquema 3 - Estrutura da plataforma de simulação 34 Esquema 4 - Blocos de recepção dos pacotes de dados do X-Plane 34 Esquema 5 - Decodificação dos dados do X-Plane 34 Esquema 6 - Codificação das variáveis para enviar ao X-Plane 34 Esquema 7 - Blocos para o envio de pacotes de dados ao X-Plane 34 LISTA DE FOTOGRAFIAS Fotografia 2 – Aeronave Boeing 777-200 em simulação no X-Plane 27 LISTA DE GRÁFICOS Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada. LISTA DE MAPAS Mapa 1 – Mapa da Espanha destacando a província e cidade de León 34 LISTA DE TABELAS Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada. LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS FAA Federal Aviation Administration IP Internet Protocol MEV Mecânica de Voo PA Piloto Automático PAs Pilotos Automáticos PS Plataforma de Simulação UCAV Veículos Aéreos de Combate Não Tripulados UDP User Datagram Protocol VANT Veículo Aéreo Não Tripulado VANTs Veículos Aéreos Não Tripulados LISTA DE SÍMBOLOS F Sistema de referência genérico O Origem de um sistema de referência genérico x Eixo de um sistema genérico y Eixo de um sistema genérico z Eixo de um sistema genérico FI Sistema de referência inercial OI Origem de um sistema de referência inercial Nota: O índice subscrito “s” que estará presente em algumas variáveis além de outros índices, indica que estas pertencem ao movimento estacionário de referência. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 19 1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO 19 1.2 problema de pesquisa 19 1.3 Hipóteses ou questões e pressupostos de pesquisa 19 1.4 Objetivos 20 1.4.1 Objetivo Geral 20 1.4.2 Objetivos Específicos 21 1.5 Justificativa 21 1.6 Estrutura do Trabalho 21 2 Revisão Bibliográfica 23 2.1 Introdução 23 2.2 Estudo da Mecânica de Voo 25 2.2.1 Sistemas de referência 25 2.2.1.1 Sistema de referência inercial, FI(OI,xI,yI,zI) 25 2.2.1.1.1 Exemplo de título 5 25 3 METODOLOGIA APLICADA/Materiais e Métodos 29 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES (melhor se colocar o título) 34 4.1 empresa xhv ltda. 34 4.1.1 A cidade de León 34 4.1.2 Estrutura organizacional 34 5 CONCLUSÕES 35 REFERÊNCIAS 36 APÊNDICE A – Organização dos dados no X-Plane 38 INTRODUÇÃO CONTEXTUALIZAÇÃO problema de pesquisa Hipóteses ou questões e pressupostos de pesquisa Objetivos Objetivo Geral Exemplo: O objetivo geral do trabalho é desenvolver uma plataforma de simulações entre o software Matlab/Simulink e o simulador de voo X-Plane 9. Objetivos Específicos Exemplo: Os objetivos específicos almejados com a realização do presente trabalho são: (i) identificar as principais obras literárias, artigos técnicos e científicos que abordam as características técnicas e funcionais dos VANTs; (ii) identificar e compreender os aspectos teóricos da modelagem e controle de aeronaves; (iii) sintetizar o estudo sobre a estabilidade de aeronaves de asa fixa; (iv) identificar as variáveis e grandezas físicas relacionadas com a dinâmica de voo; (v) analisar... Justificativa Estrutura do Trabalho Exemplo: A presente monografia foi seccionada em sete principais capítulos, os quais serão descritos a seguir. No Capítulo 1, têm-se a introdução ao trabalho desenvolvido, em que se definem respectivamente, a contextualização, as hipóteses/questão de pesquisa os objetivos, a justificativa e a estrutura do trabalho. No Capítulo 2, apresenta-se a fundamentação teórica, a qual ... . No Capítulo 3, descreve-se a metodologia e procedimentos utilizados para o desenvolvimento da monografia. No Capítulo 4, apresenta-se, inicialmente, ...., ...discute-se e apresentam-se os resultados obtidos com o trabalho. No Capítulo 5, têm-se as conclusões pertinentes aos resultados obtidos. Finalizando, tem-se o Capítulo 6 o qual apresenta as referências bibliográficas adotadas para a realização do trabalho e o Apêndice A com a organização .... Revisão Bibliográfica No capítulo 2 do trabalho é o momento de realizar a fundamentação e discussão teórica. É resultado do levantamento bibliográfico, usando a autoridade acadêmica e científica de autores e pesquisadores especialistas na área pesquisada, contextualizada por meio de citações que reforçam as argumentações... Obs: No Esquema 2, do capítulo 3, há o planejamento da revisão bibliográfica. Os títulos que estão naquele planejamento deverão ser desenvolvimento aqui na revisão bibliográfica (estado da arte sobre o tema desenvolvido). Introdução Alguns exemplos de citações: Segundo Nelson (1998 p. 1), o rápido avanço no projeto de aeronaves modernas tem requerido o desenvolvimento ... . Nelson (1998 p.45) cita também que aviões modernos incorporam... . Nelson (1989, p. 1) apresenta também que: Uma compreensão da estabilidade e controle de vôo ... ...a estabilização artificial e pilotos automáticos para auxiliar a tripulação na navegação e no pouso de suas aeronaves em condições meteorológicas adversas. Além disso, Rabbath e Léchevin (2010 p. 45) relatam que há um,,, . Tierno, Cortés e Marquez (2012 p. 60) descrevem que a Mecânica de Voo pode ser definida como... . para os sistemas de controle quando em operação boas condições de controlabilidade à aeronave. O Esquema 1 representa o conceito normalmente utilizadopara o estudo da Mecânica de voo. Esquema 1 – Divisão conceitual da Mecânica de Voo para o estudo da maioria de seus problemas Fonte: adaptado de Franchini e García (2010 p. 45). Estudo da Mecânica de Voo O estudo realizado na presente seção tem como bibliografia básica Tierno, Cortés e Marquez (2012). Nelson(1989), ... . Sistemas de referência Sistema de referência inercial, FI(OI,xI,yI,zI) Exemplo de título 5 O Desenho 2 representa os sistemas de referência inercial, geocêntrico giratório, terra e horizonte local. Desenho 2 – Sistemas de referência inercial, geocêntrico giratório, terra e horizonte local Fonte: adaptado de Tierno, Cortés e Marquez (2012 p. 134). A qualidade das figuras a serem apresentadas no trabalho devem ser iguais a anterior (acima). Façam as figuras usando o recurso de desenho do word. Não colem figuras de arquivos .pdf no trabalho. Isso não é admitido e o trabalho fica ruim. Abaixo vem um exemplo de como representar equações no texto. Faça sempre assim. O modelo dinâmico do movimento de um avião está constituído por dois teoremas fundamentais da Mecânica Clássica: o teorema da quantidade de movimento e o teorema do momento cinético. O teorema da quantidade de movimento estabelece que: (01) Onde: ≡ Resultante das forças exteriores ≡ Velocidade absoluta do centro de massas do avião (em eixos inerciais) m ≡ Massa do avião t ≡ Tempo O teorema da quantidade de movimento estabelece que: (01) Onde: ≡ Resultante das forças exteriores ≡ Velocidade absoluta do centro de massas do avião (em eixos inerciais) m ≡ Massa do avião t ≡ Tempo Na equação 01 se supõe que a variação de massa em relação ao tempo (devido ao gasto de combustível) é suficientemente lenta, deste modo o termo pode ser desprezado. Assim, o teorema da quantidade de movimento é expresso como: (02) Os diagramas a seguir ilustram o entendimento conceitual e físico de estabilidade estática e dinâmica de uma aeronave. Diagrama 1 – Estabilidade estática e dinâmica com resposta oscilatória amortecida Fonte: adaptado de Franchini e García (2010 p.34). O bloco funcional ou simplesmente bloco é um símbolo da operação matemática que é aplicada ao sinal de entrada do bloco o qual produz o sinal de saída (OGATA, 2010). Diagrama 3 – Sistema genérico de malha fechada Fonte: Ogata (2010). O ilustra um diagrama de blocos de um sistema genérico de malha fechada, onde: A Fotografia 1 e a Fotografia 2 ilustram respectivamente a aeronave Boeing 747-400 e Boeing 777-200 em simulação no X-Plane. Fotografia 1 – Aeronave Boeing 747-400 em simulação no X-Plane Fonte: X-Plane 10 (2013). Fotografia 2 – Aeronave Boeing 777-200 em simulação no X-Plane Fonte: X-Plane 10 (2013). METODOLOGIA APLICADA/Materiais e Métodos Nessa etapa do trabalho científico, descrevem-se, principalmente os métodos e os procedimentos que foram utilizados na pesquisa, permitindo aumentar a compreensão do estudo realizado e assegurando a réplica científica. (SILVEIRA et al, 2004, p. 106). Além da apresentação dos procedimentos metodológicos é importante identificar o planejamento conceitual de como o trabalho será realizado. O mesmo pode ser realizado como no exemplo abaixo. Método de Pesquisa Metodologia de projeto (procedimento para a coleta, análise e interpretação dos dados de projeto) Aqui deverá ser apresentado a sistemática de projeto de Paul & Beitz, de forma reduzida usando aproximadamente 2 a 3 páginas. Será este método que você usará para desenvolver o capítulo 4. delineamento da pesquisa e plano de trabalho do pesquisador Exemplo: Para cada fase, cite a bibliografia principal que será utilizada. A planejamento utilizada para o desenvolvimento da monografia é descrita nos parágrafos a seguir e pode ser visualizada de modo condensado no Esquema 2. Fase I – Revisão bibliográfica Compreende o estágio inicial do presente trabalho, a qual proporcionará os fundamentos científicos e informações relevantes para a evolução das demais fases. Etapa 1 – Veículos aéreos não tripulados – VANTs Esta etapa é a base para todas as etapas subsequentes da Fase I. Define-se a principal necessidade do projeto, construção e posterior operação de VANTs. Identificam-se os projetos desenvolvidos pelos principais centros de pesquisa do mundo, bem como, qual o foco de atuação dos mesmos. Como literatura básica utilizou-se Marques (2010), Medeiros (2007), Nelson (1989), Nelson (1998), Yanushevsky (2011), Rabbath e Léchevin (2010). Etapa 2 – Mecânica de voo Sabendo-se da necessidade atual para o desenvolvimento de VANTs, chega-se a Mecânica de Voo, etapa na qual por intermédio da física clássica estuda-se o movimento dos veículos voadores. Fundamentou-se esta etapa com os seguintes autores: Tierno, Cortés e Marquez (2012), Nelson (1989), Bittar (2012) e Franchini e García (2010). Etapa 3 – Engenharia de Controle A partir das variáveis de estabilidade e controle encontradas na Etapa 2, estuda-se a engenharia de controle para verificar quais destas são fundamentais para modelar matematicamente o sistema em questão, além de identificar como são as malhas que podem efetuar o controle da aeronave. O referencial teórico utilizado nessa etapa foi Ogata (2010) e Nelson (1989). Etapa 4 – Piloto automático – PA Das etapas anteriores comprova-se que a necessidade fundamental para o desenvolvimento de VANTs que atuem de modo autônomo é a construção de um sistema de controle, o qual é comumente chamado de piloto automático. A partir de então se encontram as principais particularidades para realizar o projeto. O referencial bibliográfico adotado foi Ribeiro (2011), Bittar (2012), Dos Santos (2009) e Nelson (1989). Etapa 5 – Simulação computadorizada Uma das etapas crucias no desenvolvimento de produtos é a validação de sua funcionalidade, isto é, verificar se o produto, antes de disponibilizar ao mercado, atende os requisitos para o qual foi projetado. Neste sentido, podem-se efetuar testes físicos ou práticos, e com o advento da engenharia de informática utilizar softwares que emulem um ambiente real em uma plataforma de simulação. Desta forma, com o pressuposto de poupar tempo e dinheiro a presente etapa volta-se a encontrar softwares que possam validar o projeto em questão. Como referencial teórico básico utilizou-se os seguintes autores: Ribeiro (2011), Bittar (2012) e Dos Santos (2009). Etapa 6 – Simular aeronave em voo Para interpretação correta do modelo dinâmico da aeronave, deve-se ter disponível um software que proporcione as atitudes, forças, momentos, acelerações e velocidades da aeronave com máxima fidelidade a realidade. Nesta etapa investigou-se os softwares que possam efetuar esse trabalho, entre eles optou-se pelo simulador de voo X-Plane 9. Como bibliografia básica tem-se Ribeiro (2011), Bittar (2012), Dos Santos (2009) e Manual do X-Plane 9 (2011). Etapa 7 – Simular software de controle Assim como na Etapa 6, neste momento busca-se um software que possa simular e analisar o modelo matemático de controle. Entre os softwares disponíveis no mercado optou- Cada uma das etapas relacionadas com o desenvolvimento da proposta de trabalho deve consistir de um subtítulo para ela no CAPÍTULO 4 . Aqui neste momento do texto estamos planejando como ela ser á realizadase pelo Matlab/Simulink. Os autores consultados foram Ribeiro (2011), Bittar (2012), Dos Santos (2009) e a companhia The MathWorks. Um aspecto importante quanto as Etapas 6 e 7 é que elas devem estar sincronizadas, portanto, ao passo que se escolhe os softwares para simular a aeronave e o modelo dinâmico, é necessário ter em mente que estes estejam se comunicando em tempo real. Fase II – Desenvolvimento da proposta do trabalho É a fase que abrange basicamente todas as atividades desenvolvidas para solucionar o problema científico. Etapa 8 – Síntese Informacional Esta etapa compreende em organizar sistematicamenteas informações obtidas na fundamentação teórica e disponibilizá-las nas etapas subsequentes. A partir deste momento, a estrutura de testes utilizada para a simulação computadorizada por intermédio do software Matlab/Simulink e X-Plane será denominada Plataforma de Simulações (PS) e será descrita com mais detalhes no capítulo seguinte. Etapa 9 – Matlab/Simulink A Etapa 9 desdobra-se em mais duas etapas, as quais são responsáveis pela seleção e configuração de blocos que efetuem a decodificação e codificação do pacote de dados disponibilizados pelo X-Plane, bem como representem o modelo dinâmico da aeronave ou enviem comandos desejados. O referencial bibliográfico desta etapa é: Ribeiro (2011), Bittar (2012) e Dos Santos (2009). Etapa 10 – X-Plane Também subdividida em mais duas etapas, a Etapa 10 tem a função de, por meio dos dados disponibilizados pela Etapa 1, selecionar os pacotes a serem enviados ao Matlab/Simulink, assim como, a configuração necessária para realizar a comunicação entre os softwares. O referencial teórico utilizado foi Ribeiro (2011), Bittar (2012) e Dos Santos (2009). Etapa 11 – Práticas Mecânica de voo Com a Plataforma de Simulação validada é possível então iniciar a Etapa 11, a qual compreende realizar testes práticos no simulador de voo da Universidade de León, de modo a estudar a Mecânica de Voo e os principais modos de voo de aeronaves, por intermédio do armazenamento de variáveis de voo, geração de gráficos e cálculos físicos. Etapa 12 – Desenvolver PA A etapa 12 não será desenvolvida. Ela está presente nesta metodologia para elucidar que todo o trabalho desenvolvido gera as bases para o desenvolvimento de um Piloto Automático para VANTs que possa ser testado nesta Plataforma de Simulações, otimizando o tempo de projeto e gerando economia financeira a quem se propor construí-lo. Sugere-se como bibliografias fundamentais: Bittar (2012), Nelson (1989), Nelson (1998) e Stevens e Lewis (1939). Fase III – Elaboração de documentos oficiais Neste momento é finalizada a redação da Monografia, seguindo as normas estabelecidas pela ABNT. Etapa 13 – Redação da Monografia As informações e dados obtidos ao longo das Fases I, II e III, são aqui reunidas e, então é descrito os resultados obtidos. Etapa 14 – Entrega da Monografia Nesta etapa, a Monografia é entregue ao programa de Pós-Graduação para avaliação final e aprovação. Esquema 2 – Planejamento conceitual aplicada ao desenvolvimento do trabalho Fonte: o autor. RESULTADOS E DISCUSSÕES (melhor se colocar o título do trabalho propriamente dito) Exemplo para iniciar o capítulo No presente capítulo são apresentados os resultados e discussões do presente trabalho. O capítulo inicia com a caracterização do local onde os estudos foram realizados e em seguida laboratório de aeronáutica da universidade de León e com a definição da problemática apresentada. No esquema anterior, desenvolvimento da proposta de trabalho, os títulos que foram mencionados lá, devem aparecer aqui. Síntese informacional Exemplo de Mapa: A cidade de León encontra-se situada no centro do quadrante Noroeste da Península Ibérica... O Mapa 1 revela a posição geográfica da cidade de León no território espanhol. Mapa 1 – Mapa da Espanha destacando a província e cidade de León Fonte: Universidad de León (2013). Estrutura organizacional Descrever se necessário... MATLAB/SIMULINK XPlane CONCLUSÕES REFERÊNCIAS Exemplos de diversos tipos de referências. Posteriormente apague estas referências pois não ficará bom se aparecer na sua versão final. Siga exatamente o modelo de como foi feito cada referência. SILVEIRA, Amélia; MOSER, Evanilde Maria; CRISTELLI, Nessi Davina Lenzi; JESUS, Alberto Pereira; RODRIGUES, Leonel Cezar; MACCARI, Émerson Antônio. Roteiro Básico para Apresentação e Editoração de Teses, Dissertações e Monografias. 2. ed. Blumenau: Editora da FURB, 2004. 217 p. BITTAR, Adriano. Arquitetura da Unidade Central de Processamento do Pegasus Autopilot: da concepcção à implementação de um sistema de tempo real em Hardware-In-the-Loop. 2012. 183 f. Dissertação de Mestrado (Curso de Engenharia Eletrônica e Computação-Área de Dispositivos e Sistemas Eletrônicos)-Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2012. ROVER, Ardinete; PEREIRA, Débora Diersmann Silva. Diretrizes para elaboração de trabalhos científicos: apresentação, elaboração de citações e referências de trabalhos científicos. 1. ed.. Joaçaba: Editora Unoesc, 2013. 140 p. DOS SANTOS, Sérgio Ronaldo Barros. Arquitetura de um Piloto Automático “Hardware in the Loop” com o Simulador de Voo X-Plane. 2009. 170 f. Dissertação de Mestrado (Curso de Engenharia Eletrônica e Computação-Área de Dispositivos e Sistemas Eletrônicos)-Instituto Tecnológico de Aeronáutica, 2009. FRANCHINI, Sebastián; GARCÍA, Oscar López. Introducción a la Ingeniería Aeroespacial. Madrid: J. Meseguer y A. Sanz, 2010. LAMINAR RESEARCH. 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APÊNDICE A – Organização dos dados no X-Plane Os Apêndices são aqueles elementos textuais que foram criados por você mas, talvez pelo tamanho não puderam ser colocados no texto. Aqui deverá ser adicionado por exemplo, o Memorial de Cálculo, feito no Excel (Estruture o Memorial de Cálculo de forma adequada, inclusive fazendo citações dos autores). Pode criar vários Apêndices, um para cada assunto abordado. O Quadro a seguir exibe os... Texto 1 Dentro da figura, você poderá usar os recursos de Formas do Word para criar as figuras... A fonte a ser utilizada na figura deverá ser menor que a do texto, geralmente 10 Clique duas vezes rapidamente sobre a figura para abri-la. Texto 2 Variável Estática positiva Dinâmica positiva Tempo E(s) B(s) R(s) H(s) + - G(s) C(s) Etapa 2 Mecânica de voo - MEV PS pronta para receber malhas de controle, teste de modelos matemáticos, exemplo Pegasus Autopilot... Efetuar testes no simulador físico, gerar gráficos com variáveisimportantes dos movimentos estudados, etc... Etapa 12 Desenvolver PA Etapa 11 Práticas MEV Sim Não PS Validada Etapa 8 Síntese Informacional Etapa 10.1 Seleção de pacotes de dados Etapa 9.2 Códigos de recepção e envio de dados Etapa 9.1 Seleção e configuração de blocos Estabelecer comunicação Etapa 9 Matlab/Simulink Etapa 10 X-Plane Etapa 10.2 Configuração para envio e recepção Fase III – Elaboração de documentos oficiais Fase II – Desenvolvimento da proposta do trabalho Etapa 13 Redação da Monografia Etapa 14 Entrega da Monografia Estabelecer comunicação entre os sofwares Etapa 7 Simular software de controle Simular as malhas de controle, extrair variáveis de voo, otimizar a interpretação da dinâmica do sistema. Efetuar a validação do piloto automático, minimizando as perdas de projeto, tais como tempo e dinheiro. Interpretar dinâmica de voo e simular a realidade do voo: X-Plane, Flight Simulator... Equações, diagramas de controle, dinâmica de voo, sistema, malha de controle, função de transferência, etc... Velocidades, acelerações, trajetória, deflexão de superfícies, etc... Conhecimento necessário para desenvolvimento do PA Identificar necessidades globais para VANTs Etapa 6 Simular aeronave em voo Etapa 5 Simulação Computadorizada Etapa 4 Piloto automático - PA Etapa 3 Engenharia de controle Fase I – Revisão Bibliográfica Etapa 1 Veículos aéreos não tripulados - VANTs