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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Aircraft dynamic analysis methods using flight tests
Authors: Joel Laguardia Campos Reis
First Advisor: Dimas Abreu Archanjo Dutra
First Co-advisor: Ricardo Luiz U de Freitas Pinto
Abstract: A resposta dinâmica de uma aeronave é um importante aspecto a ser analisado durante o seu desenvolvimento. Quando um aeronave é perturbada de seu estado estacionário devido a rajadas ou comandos, a forma como ela retorna para o equilíbrio é crucial para a opinião do piloto sobre as qualidades de voo. As características da resposta da aeronave podem ser quantificadas por parâmetros como a frequência natural, coeficiente de amortecimento e pelas constantes de tempo para cada um dos modos dinâmicos conhecidos: Fugóide, Curto-Período, Dutch Roll, Espiral e Rolamento puro. Esses modos estão relacionados às propriedades aerodinâmicas, inerciais e propulsivas da aeronave, as quais são inicialmente obtidas de formulações semi-empíricas e refinadas por dados de ensaios em túnel de vento. No entanto, para a validação desses parâmetros e para uma análise experimental, ensaios em voo devem ser realizados, nos quais o real comportamento da aeronave pode ser observado. Neste trabalho apresentamos técnicas comumente utilizadas para a execução de ensaios em voo, i.e., procedimentos para excitar a aeronave em cada um dos modos dinâmicos em voo. Inicialmente, uma metodologia clássica é utilizada para a redução dos dados. Tal metodologia é baseada em análises gráficas, onde modelos dinâmicos simplificados da aeronave são utilizados para estimar suas características. Tais técnicas dependem de dados com alta qualidade e com baixo nível de ruído, e da interpretação pessoal do engenheiro de ensaios, o que pode gerar resultados imprecisos. Portanto, outros diferentes métodos são utilizados para análise, o quais são baseados em técnicas de identificação de sistemas onde diferentes modelos da mecânica de voo podem ser utilizados durante a análise. Para comparar os diferentes métodos, duas aeronaves distintas (VFW-Fokker 614 e ACS-100 Sora) são avaliadas. As manobras são executas mais de uma vez sobre as mesmas condições de voo para se obter diferentes conjuntos de dados, para estimação e validação. Apesar das muitas fontes de erro, as metodologias clássicas mostraram uma boa proximidade quando comparadas com os outros métodos aplicados. Os parâmetros obtidos utilizando as técnicas de identificação de sistema têm maior confiabilidade devido às propriedades estatísticas dos métodos. De fato, os resultados obtidos por estes métodos mostram uma maior consistência com os dados medidos, onde se observa um menor grau de dispersão quando comparados os resultados para as diferentes técnicas de identificação do sistema. Assim, os métodos de identificação do sistema são mais adequados para a avaliação da dinâmica de voo
Abstract: The dynamic response of an aircraft is an important aspect to be analyzed during its development program. When the airplane is disturbed from its steady state due to a wind gust or commands, the way by which it returns to the equilibrium is crucial for the pilots opinion of the aircrafts handling qualities. The characteristics of the aircraft response can be quantified by parameters such as the natural frequency, damping coefficient and time constant values of each of the well-known dynamic modes: Phugoid, Short-Period, Dutch Roll, Spiral and Roll subsidence. These modes are related to aerodynamic, inertial and propulsive properties of the aircraft, which are initially obtained from semi-empirical formulations and refined from wind tunnel tests data. However, for the validation of these parameters and for experimental analysis, flight test must be performed, in which the actual aircraft behavior can be observed. In this work we present techniques commonly used for flight tests execution, i.e., procedures to excite each of the aircrafts dynamical modes in flight. Initially, a classical methodology is used for data reduction. Such methodology is based on graphical analysis, where simplified dynamic models for the aircraft are used to estimate its characteristics. Such techniques depend on high data quality with low noise level and on the personal interpretation of the flight test engineer, which can generate inaccurate results. Therefore, other different methods are used for analysis, which are based on system identification techniques where different models of the flight mechanics can be used during analysis. To compare the different methods presented, two distinct aircrafts (VFW-Fokker 614 and ACS-100 Sora) are evaluated. The maneuvers are executed more than once over the same flight conditions to obtain different datasets, for the estimation and validation. Despite the many error sources, the classical methodologies has shown a great proximity when compared with the other applied methods. The parameters obtained using the system identification techniques have a higher reliability due to the statistical properties of the methods. Indeed, the results obtained by these methods show a greater consistency with the measured data, where a lower degree of dispersion is observed when comparing the results for the different system identification techniques. Thus, the system identification methods are more suitable for the evaluation of the flight dynamics.
Subject: Aeronaves Dinâmica
Identificação de sistemas
Engenharia mecânica
Aeronaves Testes
language: Inglês
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AJUPWH
Issue Date: 16-Dec-2016
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