Determinação da performance de VANT da FAP: aplicação e validação do método Bootstrap

ACADEMIA DA FORÇA AÉREA De e minação da Pe o mance de VANT da FAP – aplicação e alidação do mé odo Boo s ap Tiago Filipe San os Oli ei a Aspi an e a O icial-Aluno/Pilo o-A iado 138251-K Disse ação pa a ob enção do G au de Mes e em Ae onáu ica Mili a , Especialidade de Pilo o-A iado Jú i P esiden e: Co onel/EngAe Lou enço da Saúde O ien ado : Tenen e Co onel/EngEl Ma ia Nunes Coo ien ado : Majo /TMAEQ Paula Gonçal es Vogal: Capi ão/EngAe Ana Lesiá io Sin a, junho de 2017 ACADEMIA DA FORÇA AÉREA De e minação da Pe o mance de VANT da FAP – aplicação e alidação do mé odo Boo s ap Tiago Filipe San os Oli ei a Aspi an e a O icial-Aluno/Pilo o-A iado 138251-K Disse ação pa a ob enção do G au de Mes e em Ae onáu ica Mili a , Especialidade de Pilo o-A iado Jú i P esiden e: Co onel/EngAe Lou enço da Saúde O ien ado : Tenen e Co onel/EngEl Ma ia Nunes Coo ien ado : Majo /TMAEQ Paula Gonçal es Vogal: Capi ão/EngAe Ana Lesiá io Sin a, junho de 2017 i Es e abalho oi elabo ado com inalidade essencialmen e escola , du an e a equência do cu so de Pilo agem Ae onáu ica cumula i amen e com a a i idade escola no mal. As opiniões do au o , exp essas com o al libe dade académica, epo am-se ao pe íodo em que o am esc i as, mas podem não ep esen a a dou ina sus en ada pela Academia Da Fo ça Aé ea. Ag adecimen os Es e abalho de in es igação não e ia sido ealizado sem o apoio di e a ou indi e amen e de di e sas pessoas, aqui deixo um since o ag adecimen o a odas elas. Em p imei o luga , que o ag adece à minha o ien ado a e coo ien ado a, a Tenen e Co onel Fá ima Nunes e Majo Paula Gonçal es, espe i amen e, pelo incansá el apoio dado, e pela sua dedicação du an e odo es e empo, mos ando-se semp e disponí eis pa a i a as dú idas exis en es, o a do ho á io de abalho, indicando e aconselhando-me o caminho a segui , ajudando- me a melho a es a disse ação. Gos a ia de ag adece ao pessoal pe encen e ao Cen o de In es igação Desen ol imen o e Ino ação da Fo ça Aé ea, si uado na Academia da Fo ça Aé ea, em especial ao Capi ão João Cae ano, que lecionou a cadei a de Tecnologias Ae onáu icas, a mim e aos meus cama adas Hen ique Sil a e Fábio Lou enço, no qua o ano, in oduzindo assim a á ea da disse ação de mes ado, endo a p eocupação de me acompanha ao longo des e abalho; ao Capi ão Gonçalo C uz, Capi ão Tiago Oli ei a e Tenen e Diogo Sil a, que se mos a am semp e disponí eis a ajuda , i ando-me á ias dú idas. À Capi ão Ana Lesiá io, po me e in oduzido à me odologia Boo s ap com a ae ona e Chipmunk Mk 20 no qua o ano, endo-me auxiliado bas an e e mos ando-se semp e disponí el pa a me ajuda , se indo assim de alice ce pa a es e abalho. Aos meus cama adas Fábio Lou enço e Hen ique Sil a, como disse an e io men e, odos izemos abalhos sob e Veículos Aé eos Não T ipulados no âmbi o da á ea de Tecnologias Ae onáu icas, o meu abalho não se ia possí el sem a implemen ação do p oje o de in es igação do meu cama ada Fábio Lou enço, po isso o meu ag adecimen o, e ao Hen ique Sil a, ambém meu cama ada de qua o, endo a sua ajuda e mo i ação sido ulc al pa a a ealização des e abalho. Que o ag adece ambém a odas as pessoas que compõem o Núcleo de Ope ações de Veículos Aé eos Não T ipulados da Fo ça Aé ea Po uguesa, si uado no Cen o de Fo mação Mili a Técnico da Fo ça Aé ea, na O a, mos ando-se semp e disponí eis pa a me ajuda em e ealiza em os oos i necessá ios, com is a a da espos a aos es es em oo que e am undamen ais pa a a conclusão des e abalho, são elas o Majo Ca los Sil a, Majo Au élio San os, Sa gen o Ajudan e Paulo Teixei a, Sa gen o Ajudan e Joaquim Gomes e Sa gen o Ajudan e Jo ge Fe nandes. Que o ambém ag adece à minha amília, ao meu pai, Joaquim Oli ei a, à minha mãe, Amália Pe ei a, e ao meu i mão, Vi o Oli ei a, a quem dedico es a disse ação, pelos alo es que me ensina am e pelo apoio incondicional que me de am desde que en ei na Academia da Fo ça Aé ea, em especial nos p imei os empos de adap ação, em que sen i am mui o a minha ausência. Gos a ia ambém de ag adece à minha namo ada, Ca a ina Ribei o, po odo o amo e ca inho que me dá, enco ajando e mo i ando-me semp e nos momen os menos bons, po oda a paciência que em, dispondo á ias ezes do seu empo pa a me ajuda , e po oda a comp eensão que em, abdicando ambém do nosso empo pa a que es a disse ação osse elabo ada. Po úl imo, e sem dú ida, não menos impo an e, aos Ba ões. Po odos os momen os que passamos, bons ou maus, odos eles azem pa e de nós e ize am de nós o que somos ago a, o melho cu so de semp e. Vi am os Ba ões! ii Resumo Nes a ese abo dou-se uma me odologia, a The Boo s ap App oach de Low y (1999) que pe mi e de e mina á ios pa âme os da pe o mance de uma ae ona e, com o obje i o de e i ica se es e mé odo pode ou não se aplicado e alidado em Veículos Aé eos Não T ipulados da Fo ça Aé ea Po uguesa. P imei amen e, o am analisados alguns mé odos e e i icou-se que o mais se indica a pa a alcança o obje i o desejado se ia o Boo s ap. Es e mé odo necessi a de no e dados iniciais, que compõem a Boo s ap Da a Pla e, que su ge de alguns dados e i ados di e amen e do mo o , do hélice, da es u u a da ae ona e, e ou os, que se ob êm indi e amen e a a és de alguns ensaios em oo p econizados po es a me odologia. Assim, oi necessá io es a es e mé odo numo eículo aé eo não ipulado, o obje o de es udo escolhido oi o ANTEX-X02 ALFA. Os ensaios em oo consis i am em subidas a po ência máxima e descidas planadas, com is a à de e minação da elocidade de melho ângulo de subida e de melho planeio. De seguida, usando cálculos p econizados pela The Boo s ap App oach, a Boo s ap Da a Pla e ica comple a. Com o conhecimen o dos no e dados, ac escidos pelo peso da ae ona e e dados da a mos e a, Low y (1999) iden i ica algumas ó mulas pa a se descob i alguns dados da pe o mance do ANTEX-X02 ALFA, ob endo-se os seguin es dados: 1. Velocidade máxima em oo de ní el, 67,1 𝑘𝑡𝑠; 2. Velocidade mínima em oo de ní el, 17,7 𝑘𝑡𝑠; 3. Velocidade pa a o melho ângulo de subida, 34,4 𝑘𝑡𝑠; 4. Velocidade pa a a melho azão de subida, 35,0 𝑘𝑡𝑠; 5. Velocidade pa a o melho ângulo de planeio, 32,8 𝑘𝑡𝑠, 6. Velocidade pa a a meno azão de descida, 24,9 𝑘𝑡𝑠. No inal des e abalho de in es igação, após uma análise e e lexão ela i amen e a odos os dados ob idos, ecomenda-se que sejam e e uados no os ensaios em oo, pa a que a me odologia seja aplicada de no o de ido ao ac o dos des es dados não co esponde em com os espe ados, pois de am esul ados i ealis as, endo á ias des as elocidades sido abaixo da elocidade iii de pe da, que é ce ca de 28 𝑘𝑡𝑠, suspei a-se que o p oblema enha es ado nos ensaios em oo, que o igina am pa âme os e ados pa a a Boo s ap Da a Pla e. Pala as-cha e: Veículo Aé eo Não T ipulado; Fo ça Aé ea Po uguesa; The Boo s ap App oach; ANTEX-X02 ALFA; Ensaios em oo; Pe o mance. ix Abs ac In his hesis a me hodology was app oached, called «The Boo s ap App oach» o Low y (1999) ha allows he de e mina ion o se e al pa ame e s o an ai c a pe o mance, wi h he goal o e i y i he applica ion o his me hod may be alida ed, o no , in Unmanned Ae ial Vehicles o he Po uguese Ai Fo ce. Fi s ly, some me hods we e analysed, and i was concluded ha he bes me hod o achie e he desi ed goal was he «Boo s ap». This me hod equi es nine pa ame e s, o ming he «Boo s ap Da a Pla e», which a ises om some da a aken di ec ly om he engine, p opelle , he ai c a design and o he indi ec ly h ough some ligh es s ecommended by his me hodology. Thus, i was necessa y o es his me hod in an unmanned ae ial ehicle, in his case, he ANTEX-X02 ALFA. The ligh es s consis ed in climbs a ull h o le and descen s a idle, o de e mine he speed o bes angle o climb and he speed o bes glide. Then, using calcula ions ecommended by «The Boo s ap App oach», he «Boo s ap Da a Pla e» is comple e. Wi h he knowledge o hose nine pa ame e s, plus he weigh o he ai c a and some a mosphe e da a, Low y (1999) iden i ies se e al o mulas o disco e some pe o mance da a o he ANTEX-X02 ALFA, ob aining de ollowing esul s: 1. Maximum eloci y a ligh le el, 67,1 𝑘𝑡𝑠; 2. Minimum eloci y a ligh le el, 17,7 𝑘𝑡𝑠; 3. Veloci y o he bes angle o climb, 34,4 𝑘𝑡𝑠; 4. Veloci y o he bes a io o climb, 35,0 𝑘𝑡𝑠; 5. Veloci y o he bes glide angle, 32,8 𝑘𝑡𝑠, 6. Veloci y o he minimum descen a io, 24,9 𝑘𝑡𝑠. A he end o his in es iga ion, and a e an analysis o he da a, i is ecommendable new ligh s es , so ha his me hodology can be applied again due o he ac ha he da a ob ained does no co espond wi h he expec ed, because he esul s we e un ealis ic, gi ing se e al eloci ies below de s all x i (página in encionalmen e deixada em b anco) x ii Lis a de Ab e ia u as AFA Academia da Fo ça Aé ea AGL Abo e G ound Le el AR Aspec Ra io BDP Boo s ap Da a Pla e CIAFA Cen o de In es igação da Academia da Fo ça Aé ea CIDIFA Cen o de In es igação Desen ol imen o e Ino ação da Fo ça Aé ea CS Ce i ica ion Speci ica ion EASA Eu opean A ia ion Sa e y Agency EUA Es ados Unidos da Amé ica FAA Fede al A ia ion Adminis a ion FAP Fo ça Aé ea Po uguesa FEUP Faculdade de Engenha ia da Uni e sidade do Po o FL Fligh Le el FPV Fi s Pe son View FTG Fligh Tes Guide GS G ound S a ion HALE High Al i ude, Long Endu ance ISA In e na ional S anda d A moshpe e MALE Medium Al i ude, Long Endu ance MGTOW Maximum G oss Takeo Weigh x iii MSL Mean Sea Le el NATO No h A lan ic T ea y O ganiza ion PILSEG Pilo o de segu ança PITVANT P oje o de In es igação e Tecnologia em Veículos Aé eos Não T ipulados RPAS Remo ely Pilo ed Ai c a Sys em RPM Ro ações po minu o SE Speci ic Endu ance SR Speci ic Range TBA The Boo s ap App oach UAS Unmanned Ae ial Sys em UAV Unmanned Ae ial Vehicle UE União Eu opeia USAF Uni ed S a es Ai Fo ce VANT Veículo Aé eo Não T ipulado VNE Velocidade a não excede xix Símbolos 𝑨 Alongamen o 𝐴𝑅 Aspec Ra io 𝒃 In e seção da Pola do Hélice 𝑪 Al i ude d op-o pa ame e 𝐶𝐷 Coe icien e de esis ência o al 𝑪𝑫𝟎 Coe icien e de esis ência pa asi a 𝐶𝐷𝑖 Coe icien e de esis ência induzida 𝐶𝐿 Coe icien e de sus en ação 𝑐𝑃 Consumo de combus í el em unção da po ência 𝐶𝑃 Coe icien e da po ência abso ida 𝐶𝑇 Coe icien e da o ça p opulsi a 𝐷 D ag 𝒅 Diâme o do Hélice 𝒆 Fa o de e iciência 𝐽 Razão de a anço do hélice 𝐿 Li 𝑀 To que 𝒎 Decli e da Pola do Hélice 𝑴𝟎 Ra ed MSL To que 𝑛 Núme o de o ações po segundo do mo o xx 𝑃 Po ência do mo o 𝑅2 Coe icien e de de e minação 𝑺 Á ea da Asa 𝑠 En e gadu a (span) de uma semi-asa 𝑇 Th us 𝑉𝑏𝑒 Velocidade pa a máxima au onomia (bes endu ance) 𝑉𝑏𝑔 Velocidade de melho planeio (bes glide) 𝑉𝑏𝑟 Velocidade pa a máximo alcance (bes ange) 𝑉𝑀 Velocidade máxima em oo de ní el 𝑉𝑚 Velocidade mínima em oo de ní el 𝑉𝑚𝑑 Velocidade pa a a meno azão de descida (minimum descen ) 𝑉𝑠 Velocidade de pe da (s all) 𝑉𝑥 Velocidade pa a o melho ângulo de subida 𝑉𝑦 Velocidade pa a a melho a azão de subida 𝑊 Weigh 𝜌 Densidade do a Φ Powe d opo ac o xxi Glossá io Alongamen o (𝑨) Consis e na elação en e a en e gadu a o al da ae ona e e a co da média da asa, do e mo aspec a io em inglês (Hall, 2015). Al i ude d op-o pa ame e (𝑪) Consis e na p opo ção de po ência que se pe de de ido ao a i o independen emen e da al i ude (Low y, 1999). Á ea da Asa (𝑺) Consis e na á ea o al da supe ície ala (Low y, 1999). Coe icien e de de e minação (𝑅2) Medida es a ís ica que ep esen a o quão p óximos es ão de e minados dados de uma unção, a ia en e 0 e 1 (F os , 2013). Desempenho Consis e na in o mação ope acional da ae ona e, como elocidades, peso máximo à descolagem, e o máximo, en e ou os. (P i a e Pilo G ound School, 2006). Fa o de ca ga Co esponde à quan idade de ca ga que uma de e minada es u u a es á a so e de ido a acele ações p o ocadas po de e minadas manob as, co esponde à azão en e a sus en ação e o peso (Ca ca , 2004). Fa o de e iciência (𝒆) Também conhecido como Oswald e iciency ac o , co esponde à elação en e a sus en ação e esis ência ae odinâmica (Rayme , 1992). In e seção da Pola do Hélice (𝒃) /Decli e da Pola do Hélice (𝒎) Consis e numa elação en e o coe icien e da o ça p opulsi a 𝐶𝑇 e o coe icien e da po ência abso ida 𝐶𝑃, sendo que 𝐶𝑇 𝐽2=𝒎𝐶𝑃 𝐽2+𝒃 , e 𝐽=𝑉 𝑛𝒅, 𝐽 co esponde à azão en e a dis ância que o hélice a ança em elação ao seu diâme o (Low y, 1999). xxii Log Nome dado a uma g a ação o icial dos dados de de e minada iagem de um na io ou ae ona e (English Ox o d Li ing Dic iona y, 2017). Pe o mance Te mo inglês que ep esen a o desempenho de de e minada ae ona e. Powe d op ac o (Φ) Conhecido ambém como Gagg-Fa a ac o , consis e na pe da de po ência com o aumen o da al i ude, com as mesmas o ações po minu o, de ido à diminuição da densidade do a (Low y, 1999, p. 126). Ra ed Mean Sea Le el To que (𝑴𝟎) Consis e no o que p o ocado pelo mo o em po ência máximo ao ní el médio das águas do ma (Low y, 1995). Resis ência pa asi a Co esponde à soma de ês ipos de esis ência: a de in e e ência, que co esponde à esis ência p o ocada pela união de dois co pos; a de o ma, c iada pela o ma da ae ona e; a de a i o supe icial, causada pela icção das pa ículas jun o à supe ície, o iginando aquilo que se denomina po camada limi e. Es e ipo de esis ência aumen a à medida que a elocidade ambém aumen a, mas o seu coe icien e é cons an e, 𝐷0=𝜌𝑉2𝑆𝐶𝐷0/2 (Vicen e, 2008). Sis ema de a mas Diz espei o às ae ona es ope adas pela Fo ça Aé ea Po uguesa (Pe ei a, 2013a). To que (𝑀) Consis e na o ça o acional que um mo o p oduz num obje o (Rosamond, 2017). 1 Capí ulo 1. In odução 1.1 Os eículos aé eos não ipulados na Fo ça Aé ea Po uguesa Um eículo aé eo não ipulado (VANT) 1 pode se de inido como uma ae ona e p opulsionada que não con ém um ope ado humano den o da mesma, usa o ças ae odinâmicas pa a c ia sus en ação e pode oa au onomamen e ou emo amen e, os p ojé eis, bombas e mísseis não são conside ados VANT (Dic iona y o Mili a y and Associa ed Te ms, 2005). Es e ipo de eículos su giu na Fo ça Aé ea Po uguesa (FAP) a a és do P oje o de In es igação e Tecnologia em Veículos Aé eos Não T ipulados (PITVANT), p opos o pelo Cen o de In es igação sediado na Academia da Fo ça Aé ea (AFA), endo-se associado em 2006 a Faculdade de Engenha ia da Uni e sidade do Po o (FEUP), is o que a FEUP possui um as o know-how nes a á ea (Vicen e e al., 2013, p. 112) (PITVANT, 2013). Assim, inicia-se um p oje o de in es igação e desen ol imen o, endo o PITVANT começado o icialmen e em 2009, su gindo assim os eículos aé eos não ipulados na FAP (Vicen e e al., 2013, p. 112). 1.2 Enquad amen o e jus i icação do ema A de esa mili a da República é a p incipal missão da Fo ça Aé ea Po uguesa (Dec e o Lei no 187/2014 de 29 de Dezemb o do Minis é io da De esa Nacional, 2014). Pa a que isso seja conseguido, o na-se necessá io igia , con ola e iscaliza o espaço aé eo. A ualmen e, a FAP u iliza meios ipulados nas suas esquad as pa a desempenha em essas unções, no en an o, os a anços ecnológicos pe mi i am a c iação de sis emas aé eos não ipulados, capazes de complemen a em as missões dos meios ipulados, pe mi indo esol e algumas limi ações dos mesmos. (Vicen e e al., 2013) Em linha com o pa ág a o an e io , a exis ência de VANT na FAP o na- se necessá ia, pa a comba e essas mesmas di iculdades associadas às 1 Também denominados po Unmanned Ae ial Vehicle’s (UAV), al e ados pa a Unmanned Ae ial Sys em’s (UAS), e mais ecen emen e denominados po Remo ely Pilo ed Ai c a Sys em’s (RPAS). 2 ae ona es ipuladas. Segundo um es udo e e uado em Po ugal, uma das di iculdades iden i icadas p ende-se com a adiga do pilo o, maio pa e dos pilo os po ugueses já so eu des e p oblema, endo a é já ado mecido em oo, es e a o é econhecido como um g ande a o limi a i o nas ae ona es ipuladas (Me ade dos pilo os po ugueses já ado meceu du an e o oo, 2013), a o es e que não é ele an e quando se a a de VANT, sendo uma an agem pa a es e úl imo ipo de ae ona es. Ou a g ande an agem associada aos meios não ipulados, é ambém a edução de cus os, pois é possí el desen ol e modelos bas an e le es com um consumo e cus o de manu enção eduzido, assim, se ia ex emamen e bené ico, po exemplo, um VANT des es aze igilância do espaço aé eo, en e ou as missões, ao in és das ae ona es con encionais, com os espe i os ele ados cus os e iscos humanos associados (Sousa e Mo gado, 2009). O Cen o de In es igação da Academia da Fo ça Aé ea (CIAFA), denominado a ualmen e Cen o de In es igação Desen ol imen o e Ino ação da Fo ça Aé ea (CIDIFA) desen ol eu dois Veículos Aé eos Não T ipulados no âmbi o do PITVANT, podendo, num u u o p óximo, complemen ados com ou os VANT, da em o igem a uma esquad a ope acional na Fo ça Aé ea Po uguesa com es e sis ema de a mas. Con udo, es es dois modelos o am desen ol idos na FAP, como consequência, es es VANT não êm uma ca a e ização da pe o mance 2 associada, c iando um p oblema e um obs áculo à ope ação des es mesmo modelos, ha endo assim a necessidade de ca a e iza a pe o mance dos mesmos. Uma solução possí el consis e na p óp ia FAP es a os VANT e ob e os dados de pe o mance que p ocu a, ao con á io do que acon ece quando se adqui e uma ae ona e ao ex e io , pois possuem já os espe i os manuais de pe o mance, is o já e em sido subme idas a es es exaus i os, com is a a o na as ae ona es e a sua ope ação o mais segu as possí el (Mosk i ch, 2014). Es e abalho incide na solução do p oblema ap esen ado acima, a al a de in o mação da pe o mance dos VANT, ou seja, como é que a FAP pode es a es es VANT, assim, p ocu a-se encon a uma o ma pa a ca a e iza es e ipo 2 Pode se aduzido como desempenho 3 de eículos, com o obje i o de se ob e uma ca a e ização idedigna da pe o mance dos espe i os VANT. 1.3 Obje i os Com is a a da espos a ao p oblema expos o acima, o obje i o ge al des a ese é encon a um modelo pa a a de e minação da pe o mance dos VANT da FAP. De o ma a a ingi o obje i o ge al p ocu a -se-á ao longo des e abalho, analisa alguns dos mé odos exis en es pa a esse e ei o a a és da sua aplicação a um VANT especí ico da FAP, ca a e izando a pe o mance dessa ae ona e. P e ende-se assim, alida esse modelo, pa a que no u u o, es e mé odo possa se aplicado a ou os eículos que o em desen ol idos pelo CIDIFA, já com um mé odo p é-es abelecido e álido, is o que es es VANT, como di o em 1.2, ao con á io dos adqui idos no ex e io , não possuem um manual de pe o mance p e iamen e es ado pelos ab ican es (Mosk i ch, 2014). 1.4 Me odologia A Me odologia de In es igação u ilizada oi a indu i a. O mé odo indu i o co esponde a uma ope ação men al que em como pon o de pa ida a obse ação de ac os pa icula es pa a, a a és de associação, es abelece gene alizações que pe mi am o mula uma lei ou eo ia (IESM, 2016, p. 13). A me odologia de in es igação se á ma e ializada segundo uma es a égia de in es igação quali a i a pelo qual se p ocede á à cons ução de concei os e en endimen os a pa i de pad ões encon ados nos dados ecolhidos a a és de análise documen al e ensaios em oo. Escolheu-se como design de in es igação o es udo de caso, po se p e ende “desc e e de o ma igo osa a unidade de obse ação”, o VANT ANTEX-X02 ALFA. Embo a, não seja possí el es abelece , com igo , gene alizações dos esul ados, p e ende-se ecolhe in o mação de alhada sob e uma única unidade de es udo, os VANT em ope ação no CIDIFA. 10 ao g upo um da dou ina ame icana, possuido es de mo o es elé icos mo idos a a és de um hélice a passo ixo, ap esen ando soluções que pe mi em a de e minação da pola ae odinâmica, ou seja da elação en e CL e CD, do ângulo máximo de subida, da pe o mance em ol a, e das seguin es elocidades: 1. Velocidade máxima; 2. Velocidade mínima; 3. Velocidade pa a alcance máximo; 4. Velocidade pa a au onomia máxima; 5. Velocidade pa a melho azão de subida. Pa a a de e minação da pe o mance de uma ae ona e, Kimbe lin (2003) p econiza que se a pola ae odinâmica o de e minada de uma o ma p ecisa e a o ça p opulsi a disponí el o conhecida, en ão odas as ca a e ís icas de uma ae ona e podem se calculadas. No abalho de Os le e al. (2009) p opõe-se inicialmen e a ealização de es es em únel de en o com in ui o de a e i a e iciência do mo o que usa um hélice como meio de p opulsão. Em p imei o luga , de e mina-se a o ça p oduzida pa a di e en es elocidades, de seguida, mul iplica-se essa o ça p oduzida pela espe i a elocidade e ob ém-se a po ência p oduzida. Finalmen e, com a azão en e a po ência p oduzida e a po ência o necida ob ém-se o endimen o do mo o (Os le e al., 2009). É ambém necessá io e conhecimen o do peso, á ea ala empe a u a e p essão, es es úl imos dois são necessá ios pa a se sabe a densidade do a (Os le e al., 2009). Rela i amen e aos es es em oo, cujo obje i o é a de e minação do coe icien e de sus en ação e do coe icien e de esis ência, Os le e al. (2009) p opõem a ealização de á ios oos de ní el a di e en es elocidades pa a que sejam ob idos os á ios pon os da pola ae odinâmica, pa a quem em seguida, se ob enha a cu a da pola ae odinâmica. Podem ainda se calculados os á ios pa âme os e e idos an e io men e, a a és de ó mulas e g á icos ap esen ados no seu abalho. O e o des e mé odo não ul apassa os 17% com um in e alo de con iança de 95% (Os le e al., 2009). Na abela 3 pode-se obse a uma compa ação sucin a das á ias p opos as ap esen adas. 11 Tabela 3 - Van agens e des an agens dos á ios mé odos. Mé odo Van agens Des an agens The Boo s ap App oach de Low y (1999) Já oi usado na FAP Apenas pa a ae ona es p opulsionadas po hélice In o mação cla a e explíci a Reque poucos es es em oo Baixo cus o Mé odo usando acele óme os p opos o po Simpson (1979) pa a a USAF Baixo cus o Reque ins umen os especí icos Reque uma maio a iedade de es es em oo e mais complicados Plano da FAA Explíci o e me ódico Necessi a de mui as ho as de oo Capacidade pa a ab ange p a icamen e odas as e apas do oo FTG incluído na CS-23 da EASA Tes es em oo bem especi icados e ela i amen e simples Sem pe o mance em oo de c uzei o (Machado, 2009) Baixo cus o Mé odo de Os le e al. (2009) pa a pequenos VANT Mais di ecionado pa a VANT pequenos Aplicado a VANT com mo o elé ico Tes es em oo simples Baixo cus o 12 Exis em algumas opções passí eis de soluciona o p oblema e alcança o obje i o p e endido, o p óximo capí ulo i á assim desc e e a ae ona e que se á obje o de es udo e jus i ica o mé odo escolhido pa a a ealização des a disse ação. 13 Capí ulo 3. Escolha do mé odo e obje o de es udo 3.1 Jus i icação e escolha do mé odo No capí ulo an e io e i icou-se quais os mé odos ele an es pa a a execução des a disse ação, são eles: 1. The Boo s ap App oach de Low y (1999); 2. Mé odo p opos o po Simpson (1979) pa a a USAF; 3. Plano da FAA; 4. FTG incluído na CS-23 da EASA; 5. Mé odo de Os le e al., (2009) pa a pequenos VANT. A abela 3 expos a no capí ulo 2 ap esen a a compa ação sumá ia dos cinco mé odos abo dados, po análise da mesma podemos conclui que não exis e nenhum mé odo que seja ideal pa a alcança o obje i o p e endido. P ossegue-se po al à seleção do mé odo adequado pa a le a a cabo es e es udo. Um dos mé odos pode se imedia amen e colocado de pa e pelo ac o de se aplicado apenas a VANT com mo o es elé icos e com pouca massa, pe encen es ao g upo um na dou ina ame icana, is o que o obje i o da ese é encon a um mé odo álido pa a odos os VANT em que seja necessá io de e mina a sua pe o mance, e p e ende-se es a em ae ona es com uma massa maio e com mo o es a combus ão. O mé odo de Simpson (1979) eque a ins alação de equipamen o especi ico, os acele óme os, e os es es em oo são mais complicados do que nos es an es, não sendo bené ica a escolha do mesmo. O plano da FAA necessi a de mui as ho as de oo, o que se aduz em cus os ele ados. No FTG da CS-23 da EASA, não é possí el ob e an os dados como pelo TBA, is o que o segundo p econiza o mas pa a se descob i o alcance e au onomia, e, endo em con a que o TBA é conhecido pela FAP, os es es em oo são simples, e os VANT da FAP são p opulsionados po um hélice, o melho mé odo pa a u iliza é o que ou o a oi pos o em p á ica no De Ha illand Canada Chipmunk Mk-20, o TBA. 14 3.2 Veículo aé eo não ipulado escolhido O obje o de es udo da p esen e in es igação é o VANT ANTEX-X02 ALFA, que apesa de não se o modelo mais e oluído da FAP, é o que possui mais ho as disponí eis pa a se e e ua em os es es necessá ios. A Figu a 1 ap esen a o esquema da ae ona e. Es a ae ona e é de asa ixa, p opulsionada po um hélice a passo ixo e equipada com o mo o Ti an ZG 20, as ca a e ís icas des e mo o podem se obse adas na abela 15 no anexo B (Cla k, 2006). Figu a 1 - Esquema do ANTEX-X02 ALFA. As ca a e ís icas ísicas do VANT ANTEX-X02 ALFA encon am-se desc i as na abela 14 no anexo A. Es a ae ona e pode se oada a a és de duas o mas: a p imei a consis e usando o pilo o au omá ico, nes e caso, o sis ema Piccolo; a segunda, consis e em con ola a ae ona e a a és de um con olo emo o, ádio con olo. 15 Qualque uma des as o mas possui algumas limi ações que podem po em casa a execução dos ensaios em oo necessá ios, pois em qualque uma das si uações não se ob ém udo o que é necessá io, ou al a o conhecimen o de alo es de eleme ia, ou não se em con olo o al da ae ona e, ele ando-se um obs áculo pa a p a icamen e odos os mé odos. Usando o pilo o au omá ico Piccolo pa a ope a a ae ona e, i ão exis i p oblemas no que diz espei o à manob abilidade do sis ema, pois es e apenas es á p epa ado pa a man e uma ce a elocidade e ce a o a, es ando udo p é- con igu ado, não sendo possí el con ola a po ência, po exemplo, impossibili ando a ealização dos es es. (Ba che e al., 2012) Se, po ou o lado, o op ado po con ola a ae ona e manualmen e, a a és de um ádio con olo, o na-se possí el con ola a po ência da ae ona e, e ambém a sua a i ude, no en an o, quem con ola a ae ona e, denominado po pilo o de segu ança 10 (PILSEG), es e em que isualiza a ae ona e a pa i do solo e não em acesso ins an âneo aos dados de eleme ia, como elocidade, a i ude e al i ude, pa a conhece esses dados, em que comunica com o ope ado ia ádio, que es á na es ação de con olo, conhecida como g ound s a ion (GS), assim, o na-se mui o complicado aze um oo es á el, a uma elocidade p a icamen e cons an e com uma de e minada a i ude p e endida (Teixei a, 2016). 10 Ou sa e y. 16 (página in encionalmen e deixada em b anco) 17 Capí ulo 4. The Boo s ap App oach 4.1 In odução Como di o no capí ulo an e io , o mé odo escolhido pa a a ealização des a disse ação oi o Boo s ap. Es e mé odo pe mi e a de e minação bas an e ap oximada da pe o mance de de e minada ae ona e p opulsionada po um hélice, seja ele de passo ixo ou elocidade cons an e, median e condições especí icas de oo da mesma, ou seja, com uma con igu ação delimi ada, com apenas o conhecimen o de no e pa âme os necessá ios pa a o p imei o ní el, que cons i uem o Boo s ap Da a Pla e (BDP) (Low y, 1999). O TBA con ém ês ní eis, que i ão se desen ol idos nos subcapí ulos seguin es, no en an o, o segundo e o e cei o mé odos não i ão se aplicados nes e abalho de in es igação, o segundo, pelo mo i o de se necessá io equipamen o especí ico que não se encon a no obje o de es udo, nomeadamen e um uel low me e 11 , e o e cei o, pelo mo i o de se em necessá ios mui os ou os a o es, não mui o áceis de se encon a , pa a além dos no e pa âme os iniciais (Low y, 1999). Assim, p imei o i á se a e iguado se o p imei o ní el é ob ido com sucesso, pa a mais a de se a ança pa a os ní eis seguin es. 4.2 P imei o ní el do TBA É impo an e e e i que a aplicação da me odologia Boo s ap só é possí el após a ob enção da BDP, sendo ulc al conhece os no e pa âme os co e amen e, caso con á io, é desnecessá io a ança pa a os ní eis seguin es. Os pa âme os que cons i uem a BDP podem se is os na abela 4. Pa a além des es dados, é ambém essencial conhece mos o peso (weigh ) da ae ona e, 𝑊. 11 Medido da quan idade de combus í el que es á a se consumida ins an aneamen e. 18 Tabela 4 - Pa âme os necessá ios pa a aplicação da me odologia Boo s ap (Adap ado de Low y, 1999, p. 188). Pa âme o Unidades Á ea da asa, 𝑺 𝑓𝑡2 Alongamen o, 𝑨 Ra ed Mean Sea Le el (MSL) To que, 𝑴𝟎 𝑓𝑡∙𝑙𝑏𝑓 Al i ude d opo pa ame e , 𝑪 Diâme o do Hélice, 𝒅 𝑓𝑡 Coe icien e de esis ência pa asi a, 𝑪𝑫𝟎 Fa o de e iciência, 𝒆 Decli e da Pola do Hélice, 𝒎 In e seção da Pola do Hélice, 𝒃 Qua o des es pa âme os, 𝑺, 𝑨, 𝑴𝟎 e 𝒅 ob êm-se di e amen e ou a a és de cálculos simples com dados ob idos pelos manuais da ae ona e ou do mo o , caso exis am, ou po medições di e as. A á ea da asa, 𝑺, co esponde ao esul ado da soma das á eas das semi- asas e da secção cen al, a á ea o al de uma asa e angula ob ém-se mul iplicando a sua en e gadu a, 𝑠, pela sua co da, 𝑐. 𝑺 se á calculado usando a equação (4.1). 𝑺=𝑠𝑐 O alongamen o, 𝑨, ou aspec a io (AR), pode se calculado a a és da equação (4.2), e co esponde à azão en e o quad ado da en e gadu a o al e a á ea da asa, aduzindo-se na azão en e a en e gadu a e a co da da mesma (Hall, 2015). (4.1) 19 𝑨=𝐴𝑅=𝑠2 𝑺=𝑠2 𝑠𝑐=𝑠𝑐 O a ed MSL o que, 𝑴𝟎 , pode se e i ado di e amen e do manual do mo o , ou duma equação de i ada da equação (4.3) e i ada de Low y (1999), sendo 𝑃 a po ência, 𝑛 o núme o de o ações do mo o po segundo e 𝑀 o momen o. Pa a se descob i 𝑴𝟎, que consis e no o que p o ocado pelo mo o em egime de po ência máxima ao ní el médio das águas do ma , se á usada a equação (4.4), e é necessá io conhece po ência máxima do mo o (𝑃0), e espe i o núme o de o ações (𝑛0), no en an o, pa a maio pa e dos cálculos, se ão usados 𝑃0 e 𝑛0 indi idualmen e. 𝑃=2𝜋𝑛𝑀 𝑴𝟎=𝑃0 2𝜋𝑛0 Pa a a ob enção do pa âme o 𝒅 bas a conhece o diâme o do hélice, es e modelo usa um hélice com as dimensões 16’’x 8’’, sendo que o alo 16′′ co esponde ao diâme o e o 8′′ ao pi ch 12 , o p opelle pi ch 13 pode se de inido como a dis ância que o hélice pe co e ia se se mo esse po uma supe ície sólida (Becke , 2000). O al i ude d opo pa ame e , 𝑪, consis e na p opo ção da po ência que ai pa a as pe das po a i o, pode se conside ado como 0,12 pa a os mo o es al e na i os (Low y, 1999). Os ou os qua o pa âme os, “ he ha d cases” (Low y, 1999, p. 187), eque em ensaios em oo, que se ão abo dados de seguida. Pa a se descob i o coe icien e de esis ência pa asi a 𝑪𝑫𝟎 e o a o de e iciência 𝒆, é necessá io a ealização de um es e em oo. Low y (1999) p e ê um oo onde se ealizam ce ca de seis descidas planadas (sem usa a po ência do mo o ) a di e en es elocidades, e consequen emen e, di e en es a i udes, du an e 500 𝑓𝑡 no mesmo in e alo de al i udes, ou seja, a começa e a acaba 12 Passo 13 Passo do hélice (4.2) (4.3) (4.4) 26 𝐷=12𝜌𝑆𝐶𝐷0𝑉2+2𝑊2 𝜌𝑆𝜋𝑒𝐴𝑉2 4.3 Segundo ní el do TBA O segundo ní el da me odologia Boo s ap, necessi a, pa a além dos no e pa âme os da BDP, dos seguin es inpu s (Low y, 1999): 1. Vá ios oos de ní el ealizados à mesma al i ude, com peso conhecido, a di e en es po ências, ob endo-se á ias elocidades di e en es e espe i a lei u a de o ações po minu o (RPM); 2. Um g á ico ou ó mula que ep esen e o consumo especí ico de combus í el em unção da po ência, 𝑐𝑃. Com es es dados, é possí el ob e as elocidades pa a o máximo alcance, 𝑉𝑏𝑟, que co esponde à maio dis ância que uma ae ona e pode pe co e , e pa a melho au onomia, 𝑉𝑏𝑒, que co esponde ao máximo de empo que a ae ona e pode pe manece no a (Ande son, 1989). O uel low me e se ia necessá io pa a se ob e o consumo especí ico de combus í el, caso não se enha acesso ao mesmo. Assim, ob ém-se um de e minado consumo pa a cada pe cen agem de po ência usada, a que co esponde uma elocidade. A elocidade pa a melho au onomia, 𝑉𝑏𝑒, co esponde à que maximiza a speci ic endu ance (SE), dada pela equação (4.22) de Low y (1999), e a elocidade pa a melho alcance, 𝑉𝑏𝑟, co esponde à que maximiza o speci ic ange (SR), dado pela equação (4.23). 𝑆𝐸=1 𝑐𝑝𝑃 𝑆𝑅=𝑉 𝑐𝑝𝑃 (4.21) (4.22) (4.23) 27 4.4 Te cei o ní el do TBA O ní el ês do TBA já não é ão simples, es e p ocu a descob i a dis ância de descolagem e a e agem. A dis ância de descolagem co esponde à dis ância ho izon al desde que a ae ona e inicia a olagem (momen o em que a ae ona e pa e do epouso e inicia a acele ação) a é a ingi os 50 𝑓𝑡, pa a ae ona es mili a es e ci is, ou os 35 𝑓𝑡 pa a ae ona es come ciais. A ae ona e passa po qua o ases, acele ação a pa i do epouso, a o ação pa a a a i ude de descolagem, o momen o desde que sai do solo a é a ingi o ângulo de subida e a subida em si, a é a ingi os 35 𝑓𝑡 ou 50 𝑓𝑡, dependo do ipo de ae ona e. (Gamboa, 2008) A a e agem co esponde à dis ância ho izon al que a ae ona e pe co e desde o momen o em que passa os 50 𝑓𝑡, pa a odas as ae ona es, a é es a em epouso no solo. Pode ambém se di idida em qua o e apas, sendo que a p imei a co esponde à ap oximação desde os 50 𝑓𝑡 a é ao solo, o a edonda da ae ona e (momen o em que a ae ona e ica pa alela ao chão pa a pe de ene gia, de modo a acili a a a e agem), o oque no chão, e po úl imo, a desacele ação a é a ae ona e pa a (Gamboa, 2008). Como di o an e io men e, pa a ob e es as duas dis âncias, é necessá io conhece á ios a o es, como o coe icien e de a i o en e os pneus e a supe ície, o e ei o solo, e g á icos do coe icien e de sus en ação da asa pa a a con igu ação desejada, a inclinação da pis a, en e ou os (Low y, 1999). Nes e capí ulo oi desc i a a me odologia Boo s ap, analisando os pa âme os necessá ios pa a que seja o mada a BDP, com is a à ob enção dos ou pu s desejados. No p óximo capí ulo, o ní el um des a me odologia se á aplicado ao VANT ANTEX-X02 ALFA. 28 (página in encionalmen e deixada em b anco) 29 Capí ulo 5. Aplicação do TBA 5.1 In odução Na consequência do capí ulo an e io , nes e capí ulo se á aplicado o ní el um da me odologia ao obje o de es udo, e e uando os es es em oo necessá ios à aplicação da mesma. A igu a 7 demons a, de uma o ma mui o esumida, o p ocesso que le a á à ob enção da pe o mance do VANT. Figu a 7 - P ocesso a é à ob enção dos dados da pe o mance. P e iamen e aos ensaios em oo, podem já se ob idos alguns pa âme os necessá ios, são eles o peso (𝑊), ca egado e com o combus í el incluído, a á ea da asa (𝑺), o alongamen o, (𝑨), o a ed MSL o que, (𝑴𝟎), o diâme o do hélice (𝒅) e o al i ude d opo pa ame e , (𝑪), que se encon am na abela 5. 30 Tabela 5 - Pa âme os da TBA que não dependem de ensaios em oo pa a o ANTEX-X02 ALFA. Pa âme o Fó mula Valo 𝑾 - 28,66 𝑙𝑏𝑚 𝑺 (4.1) 8,45 𝑓𝑡2 𝑨 (4.2) 7,43 𝑴𝟎 (4.4) 0,826 𝑓𝑡∙𝑙𝑏𝑓 𝒅 - 1,33 𝑓𝑡 𝑪 - 0,12 5.2 Ensaios em oo É impo an e dize que os ensaios em oo consis i ão, basicamen e, em subidas a ull- h o le e descidas em idle a di e en es elocidades, ou seja, di e en es a i udes e di e en es azões de subida e descida, espe i amen e. Não se i á ealiza o oo de ní el a po ência máxima p e is o em 4.2, pois, como pa a de e mina a in e seção do pola da hélice já é necessá ia a ealização de á ias subidas a ull- h o le, o decli e do pola da hélice se á calculado com ecu so a esses ensaios, não sendo necessá io mais es es, pa a além disso, o mo o des e VANT em demasiada po ência pa a o seu peso, se se op a po ealiza o oo de ní el a po ência máxima, exis e o isco de se a ingi a elocidade a não excede (VNE) des a ae ona e, apesa des a se desconhecida, con udo, caso seja excedida, podem oco e p oblemas es u u ais. Como di o em 3.2, exis em duas opções pa a que o obje o de es udo seja ope ado, sendo que nenhuma delas é ideal. Se o op ado po usa o sis ema de pilo o au omá ico Piccolo pa a ope a o VANT, não se i ia e o con olo exigido pa a e e ua as á ias subidas a ull- h o le a di e en es elocidades nem as descidas em idle necessá ias pa a a ealização dos ensaios em oo, is o que só se ob ém con olo de alguns pa âme os, e, como is o em 3.2, a po ência não é um deles. Com es a limi ação do pilo o au omá ico, que impede logo à pa ida os equisi os exigidos po Low y (1999), a única opção é op a po con ola a ae ona e manualmen e, a a és do PILSEG, no en an o, como di o an e io men e, es e não em acesso a eleme ia, e em que con ola o VANT 31 isualmen e, olhando-o di e amen e, es ando ambém expos o ao ambien e ex e io , nomeadamen e ao io, ou calo , animais, en e ou os (Teixei a, 2016). En ão, pa a da espos a a es es p oblemas ela ados po á ios PILSEG (Teixei a, 2016), su ge o abalho de in es igação do Aspi an e Fábio Lou enço, que p ocu a implemen a e alida um sis ema de auxilio ao PILSEG pa a que es e enha acesso à eleme ia ins an aneamen e, assim como um sis ema i s pe son iew (FPV), onde é implemen ada uma câma a no na iz da ae ona e, e o ope ado consegue obse a o que a ae ona e “ ê” e a espe i a eleme ia a a és de um moni o , podendo-a con ola o almen e den o da GS, não es ando no ex e io . Assim, azendo uso des e sis ema, o PILSEG em con olo o al sob e a ae ona e e acesso ins an âneo à eleme ia, conhecendo a elocidade, a i ude e al i ude, podendo-se en ão p ocede à ealização dos ensaios em oo p econizados po Low y (1999). Os es es em oo de Low y (1999) se ão desc i os mais de alhadamen e nos subcapí ulos seguin es, no en an o, es es ensaios p e eem uma di e ença de 500 𝑓𝑡 de al i ude nas subidas em ull powe e nas descidas em idle, oda ia, subi 500 𝑓𝑡 em po ência máxima ambém pode ia aze p oblemas pa a o mo o po mo i os de a e ecimen o, pa a além disso, po ezes o PILSEG pe de a imagem do sis ema FPV e consequen emen e o acesso à eleme ia de ido a p oblemas de ansmissão no sis ema implemen ado, ou seja, a di e ença de al i udes conside ada se á a possí el pa a cada ensaio, o en o ambém se á desp ezado is o que os es es se ão ealizados num dia com pouco en o e se ão semp e ei os com o mesmo heading. Os dados de oo se ão g a ados num log, com uma equência de 10 𝐻𝑧, ou seja, g a ando dados dez ezes num segundo, pa a uma pos e io análise mais de alhada. Uma pa e do log pode se is o no anexo C, igu a 14. P imei amen e, se ão ap esen ados os esul ados das descidas planadas, e depois, das subidas a po ência máxima. 5.2.1 Ensaio das descidas planadas Como explicado em 5.2, a di e ença de al i udes pa a es e es e não se á de 500 𝑓𝑡, mas os ensaios se ão ei os e pos e io men e, analisando os dados, 32 i á se e i icada qual a al i ude pe co ida e o seu espe i o empo, e se á ei a uma es ima i a, com base numa eg a ês simples, do empo es imado a pe co e os 500 𝑓𝑡, de manei a a que os ensaios possam se analisados e compa ados. Nes e caso, pa a simpli icação dos ensaios pa a o PILSEG, o ac o dos ensaios oco e em no mesmo in e alo de al i udes i á se desp ezado, pois se ia bas an e complicado ga an i que a descida acaba a semp e à mesma al i ude sem pe de sinal de ídeo e com um ensaio álido, ou seja, sem g andes a iações de elocidade e a i ude. Tendo em con a que as al i udes a que os es es ão se ealizados se ão in e io es a 1000 𝑓𝑡, onde a densidade do a é 97,11 % da densidade em condições da a mos e a pad ão in e nacional, in e na ional s anda d a mosphe e (ISA) ao ní el médio das águas do ma , e a di e ença de al i udes onda os 100 𝑓𝑡, os esul ados ob idos não e ão in luência signi ica i a (Ca ca , 2000). O obje i o des e es e é maximiza o p odu o en e a elocidade e o empo demo ado a plana esses 500 𝑓𝑡, pa a que a “hipo enusa” seja maio (Low y, 1999), ou seja, o imizando o alcance, o que acon ece quando o a o de e iciência é o maio , que co esponde ao melho ácio en e a sus en ação e a esis ência ae odinâmica, como pode se obse ado na igu a 8. Figu a 8 - Exemplo de um oo planado duma ae ona e (Félix, 2007). Os es es de e ão se ei os pa a o ipo de con igu ação que se p e ende, de endo se epe idos caso se deseje ob e alo es pa a á ias con igu ações 33 de laps e com ou sem em de a e agem, se aplicá el. Nes e caso, o modelo não possui laps e o em de a a agem é ixo, os ensaios ambém se ão e e uados com as asas ni eladas. Depois de ob e mos os á ios esul ados dos ensaios em oo, es es dados se ão egis ados na abela 16, que pode se is o no anexo D. 5.2.1.1 Resul ados ob idos a a és dos oos planados Os esul ados dos ensaios em oo pode ão se consul ados na abela 16, no anexo D. Seguidamen e, pode á se obse ado na igu a 9 o g á ico com o p odu o en e a elocidade e o empo pe co ido (𝑉×∆𝑡) e sus elocidade (𝑉) com os dados da abela 6. O g á ico oi ealizado com ecu so á e amen a Mic oso Excel, calculando uma unção polinomial de segundo g au com o melho coe icien e de de e minação possí el (𝑅2), que ep esen a uma medida es a ís ica que ep esen a o quão p óximos os dados es ão da espe i a unção dada, ep esen ado o g au de «ce eza» da unção. Es e coe icien e a ia en e 0 e 1 (F os , 2013). Tabela 6 – Resumo dos dados das descida planadas. Ensaio Velocidade Média (𝑽) (𝒇𝒕/𝒔) Tempo es imado a pe co e 500 𝒇𝒕 (∆𝒕) (𝒔) 𝑽∆𝒕 (𝒇𝒕) 1º 85,9 27,8 2392,6 2º 66,8 56,8 3798,3 3º 55,2 128,2 7074,9 4º 61,8 79,9 4938,0 5º 72,6 46,8 3396,2 34 Figu a 9 - G á ico ela i o às descidas planadas. E a expec á el que a unção ob ida i esse uma conca idade ol ada pa a baixa. Caso isso acon ecesse, a elocidade de melho planeio (𝑉𝑏𝑔) ob inha-se calculando o máximo dessa unção, iden i icada como 𝑓(𝑥), usando a equação (5.1), que co esponde ia à elocidade (𝑉) associada ao maio p odu o en e a elocidade e o empo pe co ido (𝑉×∆𝑡), o imizando o alcance, como e e ido em 4.2 (Low y, 1999). 𝑑 𝑑𝑥𝑓(𝑥)=0 Nes e caso, endo em con a que a unção dada não oi a desejada, i á se conside ado que a elocidade de melho planeio, 𝑉𝑏𝑔, é de 55,2𝑓𝑡 𝑠=32,7 𝑘𝑡𝑠, pois co esponde ao pon o encon ado com o maio p odu o 𝑉∆𝑡, cujas coo denadas no g á ico da igu a 9 são (55,2 ; 7074,9). A pa i da 𝑉𝑏𝑔, pode-se ob e os dados p e is os em 4.2, que se encon am expos os na abela 7, 𝜌 se á conside ado como a densidade ao ní el médio das águas do ma em condições de a mos e a pad ão, sendo 𝜌0= 1,225𝑘𝑔 𝑚3≈0,002377𝑠𝑙𝑢𝑔 𝑓𝑡3 (Ca ca , 2000). Vs all y = (x) = 5,645x2- 943,19x + 41818 R² = 0,9868 0,0 1000,0 2000,0 3000,0 4000,0 5000,0 6000,0 7000,0 8000,0 9000,0 10000,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 V∆ ( ) V ( /s) Descidas em Idle (5.1) 35 Tabela 7 - Pa âme os ob idos a pa i da elocidade de melho planeio. Pa âme o Fó mula Valo 𝝀𝒃𝒈 (4.5) −4,05° 𝑪𝑫𝟎 (4.6) 0,033 𝒆 (4.8) 1,128 E a expec á el que o a o de e iciência 𝒆 osse in e io a um, is o que a melho asa em e mos de e iciência seja a elí ica, ob endo alo 1 (Hall, 2015). 5.2.2 Ensaios das subidas a po ência máxima Como is o em 4.2, é necessá io um no o es e em oo pa a que a in e seção da Pola do Hélice 𝒃 seja de e minada, que consis i á na ealização das subidas a ull- h o le. Pela azão que oi explicada em 5.2.1, e pa a simpli icação dos ensaios pa a o PILSEG, nes e es e os ensaios em oo ambém não i ão acaba exa amen e à mesma al i ude. Em e mos de di e enças de al i ude, se á usado o mesmo mé odo que no es e das descidas planadas. Em suma, se á e i icada qual a al i ude pe co ida e o seu espe i o empo, e o empo que o VANT demo a ia a pe co e os 500 𝑓𝑡 se á es imado. Es es ensaios êm dois obje i os, sendo que um, como is o em 4.2, é minimiza o p odu o en e a elocidade e o empo demo ado a subi esses 500 𝑓𝑡 (Low y, 1999), ou seja, a minimização da “hipo enusa” do iângulo o mado, a im de se a e i a elocidade que co esponde ao melho ângulo de subida, 𝑉𝑥, con o me se ilus a na igu a 10; o ou o obje i o é de e mina a elocidade pa a a melho azão de subida 𝑉𝑦. 42 6.2 Ou pu s da pe o mance do VANT ANTEX-X02 ALFA O p imei o ní el do mé odo Boo s ap, como e e ido no subcapí ulo 4.2, pe mi e ob e á ios dados da pe o mance de uma ae ona e. Tendo em con a que se i ão ob e elocidades, é pe inen e conhece a elocidade de pe da da ae ona e, 𝑉𝑠 24 , pois, a ae ona e não é capaz de oa abaixo des a elocidade, o TBA não calcula a 𝑉𝑠, no en an o, a elocidade de pe da pa a o modelo ANTEX-X02 ALFA é de ce ca 47,3𝑓𝑡 𝑠=28 𝑘𝑡𝑠, es a elocidade é o iunda do conhecimen o e da expe iência de oo do pessoal de Núcleo de Ope ações de VANT da FAP. As elocidades pa a melho ângulo de subida, melho azão de subida e melho azão de planeio, 𝑉𝑥, 𝑉𝑦 e 𝑉𝑏𝑔, espe i amen e, o am encon adas expe imen almen e, no en an o Low y (1999) p e ê ó mulas, como is o em 4.2, pa a que es as sejam calculadas, Em p imei o luga , é impo an e conhece e dis ingui as elocidades pa a o melho ângulo de subida 𝑉𝑥 e pa a a melho azão de subida 𝑉𝑦 pois depende do que se p e ende. A 𝑉𝑥 pe mi e ganha al i ude no mínimo de dis ância possí el, assim, se o p e endido o ica li e de obs áculos, como po exemplo passa á o es após a descolagem, de e se usada es a elocidade. Po ou o lado, a 𝑉𝑦 pe mi e à ae ona e subi o mais apidamen e possí el, po exemplo, se o desejado o a ingi a sua al i ude de c uzei o o mais ápido possí el, a 𝑉𝑦 de e se u ilizada (Pope, 2011). É ambém necessá io dis ingui as elocidades pa a a meno azão de descida, 𝑉𝑚𝑑, e a elocidade de melho planeio, 𝑉𝑏𝑔. A p imei a, consis e na elocidade que pe mi e à ae ona e pe manece o máximo de empo no a , com meno elocidade e ical, pe mi indo po exemplo a esolução de um p oblema; já a 𝑉𝑏𝑔 co esponde à elocidade que pe mi e à ae ona e pe co e a máxima dis ância ho izon al possí el, ob endo um maio alcance, podendo pe mi i alcança a pis a em casa de alha do mo o (Gene al A ia ion Join S ee ing Commi ee, 2016). Como já são conhecidos odos os dados e as ó mulas necessá ias à ob enção da pe o mance do VANT ALFA, na abela 12 podem se obse ados 24 O s em de s all, que signi ica pe da. 43 os esul ados ob idos, sendo analisados de seguida. Todos os alo es u ilizados nas ó mulas, e espe i as unidades, podem se obse ados na abela 19 do anexo F. Da mesma manei a, odas as ó mulas encon am-se na abela 20 do anexo G. Tabela 12 - Velocidades ob idas pelo p imei o ní el do TBA no ALFA. Velocidade Fó mula Valo (𝒇𝒕/𝒔) Valo (𝒌𝒕𝒔) 𝑽𝑴 (4.14) 113,26 67,1 𝑽𝒎 (4.15) 29,81 17,7 𝑽𝒙 (4.16) 58,10 34,3 𝑽𝒚 (4.17) 59,00 35,0 𝑽𝒃𝒈 (4.18) 55,33 32,8 𝑽𝒎𝒅 (4.19) 42,04 24,9 Rela i amen e à 𝑉𝑀, es e esul ado é acei á el, no en an o, há que e em conside ação se passa ou não a VNE da ae ona e, como essa elocidade não é conhecida, po ques ões de segu ança, es a elocidade não é ecomendá el. A 𝑉𝑚 é in e io à pe da, sendo impossí el man e oo de ní el a es a elocidade. As elocidades 𝑉𝑥 e 𝑉𝑦 azem sen ido, eo icamen e, pois é no mal que a elocidade pa a a melho azão de subida (𝑉𝑦) seja supe io à elocidade pa a melho ângulo de subida (𝑉𝑥) (Gene al A ia ion Join S ee ing Commi ee, 2016), no en an o, es es alo es di e em dos que o am encon ados nos ensaios em oo em 5.2.2.1, em que a 𝑉𝑥 oi de 35,5 𝑘𝑡𝑠 e a 𝑉𝑦 de 38,1 𝑘𝑡𝑠, no en an o, ambos os alo es são c edí eis. I ão ago a se analisadas as elocidades 𝑉𝑏𝑔 e 𝑉𝑚𝑑. A elocidade de melho planeio, 𝑉𝑏𝑔 (32,8 𝑘𝑡𝑠), es á mui o p óxima da que oi encon ada em 5.2.1.1 (32,7 𝑘𝑡𝑠), sendo um esul ado posi i o, no en an o, a elocidade pa a a meno azão de descida (𝑉𝑚𝑑=24,9 𝑘𝑡𝑠), é in e io à 𝑉𝑠 (≈28 𝑘𝑡𝑠), não sendo p a icá el. 44 Po úl imo, i ão se descobe as as unções do Th us (𝑇) e do D ag (𝐷) em elação à elocidade, que se encon am na abela 13, es as duas o ças se ão compa adas num g á ico, que pode se is o na igu a 12. Tabela 13 - Exp essões que de inem o Th us e o D ag segundo a me odologia Boo s ap. Fo ça Fó mula Valo (𝒍𝒃𝒇) Th us (𝑻) (4.20) 3,74+0,000059×𝑉2 D ag (𝑫) (4.21) 0,00033×𝑉2+3106×1 𝑉2 Figu a 13 - G á ico ela i o ao Th us e D ag da ae ona e ALFA e iden i icação de algumas elocidades. (Adap ado de Low y, 1999, p. 200) O g á ico da igu a 13 ep esen a as cu as do Th us e do D ag ob idas pela me odologia Boo s ap de Low y (1999), a cu a do D ag é ípica, mos ando assim esul ados posi i os, con udo, a cu a ob ida pelo Th us de e ia e uma conca idade ol ada pa a baixo, o que não acon ece, is o de e-se ao ac o do alo da in e seção da pola do hélice se posi i o (0,014). Após oda es a análise, como oi e i icado, exis em alguns dados bas an e i ealis as, nomeadamen e o a o de e iciência 𝒆 , algumas elocidades, e a cu a do Th us , não sendo possí el aze uma ca a e ização iá el do VANT, 45 no p óximo capí ulo, i á se ei a uma análise inal ela i amen e a es es esul ados e se ão dadas suges ões pa a p óximos es es. 46 (página in encionalmen e deixada em b anco) 47 Capí ulo 7. Conclusões Es a disse ação su giu no âmbi o da á ea de ecnologias ae onáu icas, pa a soluciona um p oblema que exis e na ope ação de VANT, que é a al a de dados da pe o mance dos mesmos. Pa a da espos a a es e p oblema, oi necessá io analisa a li e a u a exis en e e e i ica qual o mé odo mais adequado a se aplicado na FAP, que osse capaz de de e mina a pe o mance dos VANT duma o ma ela i amen e simples, expedi a e com cus os baixos. Assim, o am encon adas cinco opções, TBA de Low y (1999), o mé odo usando acele óme os de Simpson (1979), o plano da FAA, o FTG incluído na CS-23 da EASA e o mé odo de Os le e al. (2009), endo-se concluído que o que mais se adequa a a es e abalho se ia o TBA, mé odo já conhecido da FAP. Seguidamen e, oi escolhido um dos VANT da FAP, o ANTEX-X02 ALFA, pa a que es e osse o es udo de caso, aplicando es a me odologia, a TBA, a esse VANT, com o obje i o máximo de de e mina a pe o mance do mesmo, e i icando a iabilidade da me odologia, alidando-a pa a u u as implemen ações em VANT da FAP. Ao longo da disse ação, o TBA oi sendo ca a e izado, ha endo ês ní eis des e mé odo, aplicando-se apenas o p imei o ao VANT ALFA. Pa a que isso osse possí el, oi necessá io ealiza alguns ensaios em oo, es es oos o am plani icados, e o am execu ados. Exis ia uma g ande limi ação ao ope a o VANT, que impedia a ealização dos ensaios em oo exigidos de uma o ma co e a, que e a o ac o de com o uso do pilo o au omá ico, não ha ia a possibilidade de con ola a po ência do VANT, e ope ando a ae ona e isualmen e, o PILSEG não inha acesso à elocidade nem al ime ia ins an aneamen e, no en an o, com a implemen ação do sis ema FPV, que a é en ão e a inexis en e, que oi implemen ado de ido ao abalho de in es igação do Aspi an e Fábio Lou enço, ambém no âmbi o das ecnologias ae onáu icas, , a ealização dos oos necessá ios a es e abalho o nou-se possí el. Após a execução dos ensaios em oo, os dados do oo o am analisados, com o obje i o de se comple a a BDP, pois é com base nos no es pa âme os que compõem a BDP que os dados da pe o mance do VANT podem se ob idos. 48 Con udo, os dados ob idos com os ensaios em oo não o am os desejados, ob endo-se pa âme os e ados que i iam compo a BDP. Após uma e lexão sob e os mesmos, é possí el que se enham ob idos dados menos iá eis po duas azões: 1. Poucos ensaios em oo, não endo chegado aos seis ensaios p econizados. 2. Inexis ência de ensaios com elocidades p óximas da pe da. Recomenda-se que se açam mais ensaios em oo, sendo ideal a é se ealiza em mais do que seis, e se p ocu e ealiza ensaios a elocidades p óximas da pe da, pa a ha e uma maio ampli ude das elocidades es adas, podendo-se ob e dados mais idedignos. Pois, o g á ico ob ido pelas descidas planadas não oi o espe ado e os dados adqui idos inicialmen e ambém não mui o coe en es, segundo a Gene al A ia ion Join S ee ing Commi ee (2016), no malmen e a 𝑉𝑏𝑔 é supe io à 𝑉𝑥, não endo sido o que se e i icou, pois a 𝑉𝑏𝑔 encon ado pelos ensaios em oo oi de 32,7 𝑘𝑡𝑠 e a 𝑉𝑥 oi de 35,5 𝑘𝑡𝑠. Rela i amen e ao g á ico ob ido pelas subidas a po ência máxima, é ambém possí el que es e se «desloque» pa a a esque da caso exis am mais ensaios a elocidades in e io es, ob endo uma 𝑉𝑥 in e io , pois é expec á el que a 𝑉𝑥 seja mais p óxima da elocidade de pe da, indo de encon o ao que a Gene al A ia ion Join S ee ing Commi ee (2016) de ende, a 𝑉𝑥 se meno que a 𝑉𝑏𝑔, pa a além disso, com uma 𝑉𝑥 in e io , ob e -se-ia ambém um alo nega i o pa a a in e seção do pola do hélice 𝒃, o que le a ia a uma cu a do Th us com uma conca idade ol ada pa a baixo. O mé odo con inuou a se aplicado, comple ando-se a BDP, oda ia, ob e e-se ou o pa âme o que ambém indiciou que algo es a ia e ado, que oi o a o de e iciência de Oswald 𝒆 se supe io a 1 (Hall, 2015). Já com a BDP comple a, com o conhecimen o do peso da ae ona e e de alguns dados ela i os à a mos e a, a me odologia Boo s ap p econiza ó mulas pa a se de e mina a pe o mance da ae ona e em es udo. Pa a o VANT ANTEX-X02 ALFA ob e e-se os seguin es esul ados: 1. Velocidade máxima em oo de ní el, 𝑉𝑀=67,1 𝑘𝑡𝑠; 2. Velocidade mínima em oo de ní el, 𝑉𝑚=17,7 𝑘𝑡𝑠; 3. Velocidade pa a o melho ângulo de subida, 𝑉𝑥=34,4 𝑘𝑡𝑠; 49 4. Velocidade pa a a melho azão de subida, 𝑉𝑦=35,0 𝑘𝑡𝑠; 5. Velocidade pa a o melho ângulo de planeio, 𝑉𝑏𝑔=32,8 𝑘𝑡𝑠, 6. Velocidade pa a a meno azão de descida, 𝑉𝑚𝑑=24,9 𝑘𝑡𝑠. Es es alo es não ep esen am alo es idedignos, pois algumas des as elocidades são in e io es à 𝑉𝑠(≈28 𝑘𝑡𝑠), o que se de e ao ac o de alguns pa âme os da BDP ob idas com os ensaios em oo não se em os mais co e os. Pode-se conclui que es es dados são i ealis as e não ep esen a a pe o mance do ANTEX-X02 ALFA, no en an o, suge e-se que sejam ealizados no os ensaios, com as ecomendações acima desc i as, e de p e e ência que sejam ealizados á ios oos di e en es, pa a que sejam ob idos á ios alo es di e en es e possam se compa ados, pa a além disso, suge e-se que seja aplicado um uel low me e no VANT, pa a que se possa calcula a au onomia e o alcance do mesmo com ecu so a es a me odologia, pois o mé odo em si, o TBA, pa ece se passí el de se aplicado nos VANT da FAP com sucesso. 50 (página in encionalmen e deixada em b anco) 51 Capí ulo 8. Bibliog a ia ANDERSON, John - In oduc ion o Fligh [Em linha]. Ma yland : McG aw-Hill Book Company, 1989. Disponí el em WWW:<URL:h p://ae.sha i .edu/~iae/Download/In oduc ion o ligh .pd >. A ia ion - [Em linha], a ual. 2014. [Consul . 5 jan. 2017]. 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EASA - Ce i ica ion Speci ica ions and Accep able Means o Compliance o No mal, U ili y, Ae oba ic, and Commu e Ca ego y Ae oplanes CS -23. 2010. ISBN 978-84-1545-201-0. EASA - [Em linha], a ual. 2017. [Consul . 30 ma . 2017]. Disponí el em 58 (página in encionalmen e deixada em b anco) A-1 ANEXO A Ca a e ís icas Físicas ANTEX-X02 ALFA Tabela 14 - Ca a e ís icas da es u u a do ANTEX-X02 ALFA. Asa Desc ição Co da Máxima 0,325 𝑚 Co da máxima da asa Co da Mínima 0,325 𝑚 Co da mínima da asa En e gadu a semi-asa 1,005 𝑚 En e gadu a de uma semi-asa En e gadu a cen al 0,405 𝑚 En e gadu a da secção cen al ( uselagem) Es abilizado Ho izon al Desc ição Co da Máxima 0,160 𝑚 Co da máxima do es abilizado ho izon al Co da Mínima 0,160 𝑚 Co da mínima do es abilizado ho izon al En e gadu a 0,740 𝑚 En e gadu a do es abilizado ho izon al Al u a ao solo 0,360 𝑚 Al u a do bo do de uga ao solo Leme de P o undidade Desc ição Co da 0,051 𝑚 Co da do leme de p o undidade En e gadu a 0,670 𝑚 En e gadu a do leme de p o undidade Es abilizado Ve ical Desc ição Co da máxima 0,180 𝑚 Co da máxima do es abilizado e ical Co da mínima 0,130 𝑚 Co da mínima do es abilizado e ical En e gadu a 0,260 𝑚 En e gadu a do es abilizado e ical Espessu a 0,010 𝑚 Espessu a do es abilizado e ical A-2 (página in encionalmen e deixada em b anco) B-1 ANEXO B Ca a e ís icas do mo o TITAN ZG 20 Tabela 15 - P incipais ca a e ís icas do mo o TITAN ZG 20, que equipa o VANT ANTEX-X02 ALFA. (Adap ado de Cla k, 2006, p. 2) Ca a e ís ica Valo Unidades Displacemen 25 20,1 𝑐𝑚3 Bo e26 32 𝑚𝑚 S oke27 25 𝑚𝑚 Po ência máxima ao ní el médio das águas do ma , 𝑷𝟎 1,7328 ℎ𝑝 To que máximo ao ní el médio das águas do ma , 𝑴𝟎 1,2329 𝑁∙𝑚 Peso 124030 𝑔 25 Volume pe co ido po odos os pis ões den o de odos os cilind os. (Radcli , 2009) 26 Diâme o do cilind o. (Radcli , 2009) 27 Dis ância que o cilind o pe co e desde o op dead cen e a é ao bo om dead cen e , pon o mais p óximo e mais a as ado a que o pis ão se encon a da cabeça do cilind o, espe i amen e. (Radcli , 2009) 28 A 11 000 RPM. (Cla k, 2006) 29 A 9 000 RPM. (Cla k, 2006) 30 P on o a oa , incluindo ba e ia. (Cla k, 2006) B-2 (página in encionalmen e deixada em b anco) C-1 ANEXO C LOG Figu a 14 - Exemplo de dados gua dados em Log. C-2 (página in encionalmen e deixada em b anco) D-1 ANEXO D Ensaios em oo Tabela 16 - Resul ados dos ensaios em oo das descidas planadas. Ensaio Velocidade Média (𝑽) (𝒇𝒕/𝒔) Al i ude pe co ida (𝒇𝒕) Tempo demo ado (𝒔) Tempo es imado a pe co e 500 𝒇𝒕 (∆𝒕) (𝒔) 𝑽∆𝒕 1º 85,9 386 21,5 27,8 2392,6 2º 66,8 205 23,3 56,8 3798,3 3º 55,2 149 38,2 128,2 7074,9 4º 61,8 314 50,2 79,9 4938,0 5º 72,6 312 29,2 46,8 3396,2 Tabela 17 - Resul ados dos ensaios em oo das subidas a po ência máxima. Ensaio Velocidade Média (𝑽) (𝒇𝒕/𝒔) Al i ude pe co ida (𝒇𝒕) Tempo demo ado (𝒔) Tempo es imado a pe co e 500 𝒇𝒕 (∆𝒕) (𝒔) 𝑽∆𝒕 1º 69,4 367 32,8 44,7 3099,9 2º 56,2 335 32,5 48,5 2726,3 3º 61,3 364 31,2 42,9 2625,7 4º 79,3 291 32,8 56,4 4470,7 D-2 (página in encionalmen e deixada em b anco) E-1 ANEXO E De e minação de 𝑉𝑦 Es a abela oi ealizada com ecu so à e amen a Excel, pa a de e minação de 𝑉𝑦 de uma o ma expedi a. P e ende-se descob i qual a elocidade que pe mi e ao VANT subi no meno empo possí el. Como pode se obse ado na abela 17 do anexo D, 𝑉𝑦 es a es a á en e as elocidades 56,2 𝑓𝑡/𝑠 e 69,4 𝑓𝑡/𝑠, pois o ∆𝑡 meno com os dados da abela oco e aos 61,3 𝑓𝑡/𝑠. Pa a além disso, 𝑉𝑦 não pode se in e io que 𝑉𝑥, is o que 𝑉𝑥 co esponde ao mínimo do p odu o 𝑉∆𝑡, e se o empo diminuísse com uma elocidade meno , esse p odu o diminuía, passando 𝑉𝑥 a co esponde a essa elocidade; assim, conside a-se que 𝑉𝑦 es á en e 𝑉𝑥 (59,92 𝑓𝑡/𝑠) e os 69,4 𝑓𝑡/𝑠. Como se em a unção que de e mina 𝑉∆𝑡 nas subidas a po ência máxima (𝑔(𝑥)), bas a di idi 𝑉∆𝑡 po 𝑉 e ob êm-se ∆𝑡. Na abela 18 podem se obse ados os alo es encon ados.