Desenvolvimento de uma ferramenta de simulação de aeronave do tipo VANT

Abstract

O Aerodesign é uma competição de âmbito global que desafia anualmente estudantes de engenharia à desenvolver, construir e testar uma aeronave do tipo Veículo A´reo não Tripulado (VANT). Para o projeto, é de grande importância ter previsões, mesmo que aproximadas, de como será o comportamento da aeronave quando esta for construída e testada em voo. Estas informações reduzem significativamente o custo do projeto e aumentam a sua agilidade na obtenção da melhor configuração da aeronave. Assim, neste trabalho, propõem-se desenvolver uma ferramenta capaz de simular a dinâmica de aeronaves VANT. Para isto, utilizou-se um modelo de seis graus de liberdade para uma aeronave de pequeno porte, com geometria e respostas conhecidas na literatura. Nesta metodologia, os coeficientes aerodinâmicos, de controle e estabilidade para a referida aeronave são calculados utilizando o software aeronáutico Digital Datcom. Para o cálculo das forças aerodinâmicas é empregado o Método Linear da Soma de Componentes. O modelo dinâmico é implementado no software Matlab Simulink, onde o sistema de equações é solucionado pelo método de Runge-Kutta. Para teste e verificação das respostas, o modelo implementado é então submetido à manobras com respostas conhecidas na literatura e os resultados dos parâmetros de interesse são analisados. Para estudar os parâmetros escolhidos, é realizada uma análise da sensibilidade da resposta do modelo com relação aos seus parâmetros de entrada para determinada manobra. Com esta estratégia foi possível verificar que esta ferramenta possui uma resposta condizente com a literatura. Também verificou-se que, para a dinâmica lateral, existe uma alta dependência da resposta com praticamente todos os parâmetros de entrada, enquanto que para a dinâmica longitudinal os coeficientes de arrasto, sustentação e momento são os mais significativos.

The Aerodesign is a global competition that annually challenges engineering students to develop, build and test a Unmanned Aerial Vehicle (UAV) type aircraft. For the project, it is of great importance to have predictions, even if approximate, of how the aircraft will behave when it is built and tested in flight. This information significantly reduces the cost of the project and increases its agility in obtaining the best aircraft configuration. Thus, in this work, the development of a tool capable of simulating the dynamics of UAV aircraft is proposed. For this, a six degree of freedom model is used together with a small aircraft, with geometry and responses known in the literature. In this methodology, the aerodynamic, control and stability coefficients for this aircraft are calculated using the Digital Datcom aeronautical software. For the calculation of aerodynamic forces, the Linear Method of Sum of Components is employed. The dynamic model is implemented in the software Matlab Simulink, where the system of equations is solved by the Runge-Kutta method. For testing and verification of responses, the implemented model is then subjected to maneuvers with responses known in the literature and the results of the parameters of interest are analyzed. To study the chosen parameters, an analysis of the sensitivity of the model response with respect to its input parameters for a given maneuver is performed. With this strategy it was possible to verify that this tool has responses consistent with the literature. It was also found that for lateral dynamics, there is a high response dependence with practically all input parameters, while for longitudinal dynamicsm the drag, lift and momentum coefficients are the most significant.