São João da Boa Vista - FESJBV - Faculdade de Engenharia, São João da Boa Vista

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https://hdl.handle.net/11449/254630

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Proposta de método para seleção de materiais para componentes estruturais de VANTs
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-07-05) Niero, João Pedro ; Oliveira, Éder Luiz ; Brito, Crystopher Cardoso de
Se a seleção de materiais é uma etapa de fundamental importância em qualquer projeto mecânico, em projetos do setor aeronáutico e aeroespacial ela é de fato primordial. Com a utilização crescente de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) para as mais diversas aplicações, ter ferramentas que auxiliem no processo de seleção de material é muito útil especialmente na fase de projeto preliminar. O presente trabalho propõe um método baseado no uso combinado do método de Ashby com o método de Pahl & Beitz para classificação de materiais para componentes estruturais internos de um VANT tipo flying wing. Para além do Índice de Mérito obtido através por meio do método de Ashby, o método proposto também leva em consideração a influência do custo, da dificuldade de fabricação e da resistência à corrosão, ou seja, torna mais completo visto que passa a considerar outras variáveis que também são relevantes para a escolha do material. Estes fatores são considerados para a escolha do material, e cada um deles têm um índice de mérito que é definido pelo usuário de acordo com a priorização das diferentes variáveis de projeto. Este método combinado foi implementado utilizando o Microsoft® Excel, e diferentes cenários foram simulados com o intuito de verificar a influência da priorização das variáveis de projetos consideradas. Como resultado, observou-se que para a maioria dos casos considerados as ligas de alumínio apareceram como a escolha mais viável, uma vez que as mesmas são leves, apresentam bons níveis de rigidez, resistência à corrosão e boas características de processamento e conformação na forma desejada quando comparadas as demais classes de materiais que analisadas no presente trabalho. Todavia, os materiais compósitos também se apresentam como bons candidatos quando o Índice de Mérito tem maior peso na escolha, uma vez que apresentam a melhor relação entre o módulo de elasticidade e a densidade.
Efeito do direcionamento de feixe na intensidade dos lóbulos secundários em antenas de arranjo planares esparsos baseados na espiral de Fermat
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-07-15) Souza, Marcela Thaiane Pires de ; Garde, Ivan Aritz Aldaya
As antenas são dispositivos que emitem ou captam ondas eletromagnéticas e que podem assumir diferentes formatos. Estes dispositivos não operam apenas nas frequências de rádio, mas também na faixa do espectro visível e infravermelho, sendo então referidas como antenas ópticas. Essas antenas ganharam destaque atualmente devido às diversas aplicações, dentre elas podem ser citadas a espectroscopia e comunicação óptica. Entretanto, para melhorar as propriedades de radiação, foram desenvolvidos arranjos de antenas ópticos compostos por múltiplos elementos de radiação idênticos. Quando a separação elétrica entre esses elementos é maior que λ/2, o arranjo é denominado esparso. Um dos desafios principais dos arranjos de antenas esparsos é que, se os elementos são uniformemente espaçados, estes apresentam lóbulos laterais de intensidade elevada. Para mitigar esse efeito, uma das soluções mais promissoras, é dispor os elementos conforme a espiral de Fermat. Assim, o trabalho visou analisar as propriedades de radiação por meio de estudos numéricos de arranjos de antenas compostos por vários elementos de radiação idênticos. Nesse sentido, foi estudado o efeito do número de elementos, a separação entre eles e o direcionamento de feixe em duas direções no nível do lóbulo lateral em arranjos de antenas baseados na espiral de Fermat. Dessa forma, o trabalho concentrou-se em arranjos do tipo planares esparsos baseados na espiral de Fermat. Para realizar essa análise, foram empregados métodos como o de cálculo do fator de arranjo (array factor - AF) e o nível de lóbulo lateral de pico (peak side lobe level - PSLL). Adicionalmente, houve a implementação desses métodos em um código Python para uma melhor visualização gráfica dos resultados. Dessa forma, após realizar diversas análises, concluiu-se que ao diminuir a distância inter-elementos, o nível de lóbulo lateral aumenta. Além disso, observou-se que o PSLL tende a diminuir à medida que o número de elementos aumenta. Por fim, após longas simulações pôde-se concluir que a última análise foi a mais satisfatória, com 8 elementos e 501 pontos pois a melhor região se localizou no centro da figura, resultado que era esperado anteriormente.
Gerenciamento térmico de aeronaves: simulação numérica de uma asa como trocador de calor de superfície integrado ao escoamento de combustível
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-07-05) Tazitu, Lucas Silva ; Morsch Filho, Edemar
O gerenciamento térmico de aeronaves é uma área crítica na engenharia aeronáutica, essencial para garantir a eficiência operacional e a segurança dos voos. Com a eletrificação das aeronaves e seus sistemas, a demanda energética aumentou, trazendo novos desafios para a dissipação do calor gerado. Este trabalho avalia o desempenho do uso do combustível como fluido térmico em um trocador de calor de superfície localizado na asa de uma aeronave comercial. Com base na asa do Boeing 777, foi desenvolvido um modelo de trocador de calor contendo dutos, por onde o combustível que transporta calor dos sistemas da aeronave flui. O estudo analisou o desempenho do trocador de calor durante o voo de cruzeiro e com a aeronave parada em solo, utilizando vazões mássicas de 1 kg/s e 10 kg/s para o combustível que entra no sistema, considerando configurações geométricas do trocador de calor em paralelo e em série (formato serpentina). Para isso, foram configuradas simulações em CFD (Computational Fluid Dynamics) utilizando o software Ansys CFX. As simulações adotaram as hipóteses de escoamento em regime permanente e incompressível, sem forças de campo e fez-se o uso do modelo de turbulência k-ε. Os resultados indicam que o trocador de calor é mais eficiente em voo de cruzeiro, com maior vazão mássica e geometria em serpentina. A configuração em serpentina apresentou maiores taxas de transferência de calor, mas requer uma grande pressão de entrada do combustível, enquanto a configuração em paralelo oferece resultados mais modestos de transferência de calor, porém opera sob pressões significativamente mais baixas. Este estudo demonstra que o uso da asa como trocador de calor de superfície integrado ao escoamento do combustível é uma potencial solução para o gerenciamento térmico das aeronaves comerciais.
Simulação termo-elétrica de CubeSat
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-07-05) Mendes, Felipe Teodoro ; Morsch Filho, Edemar
O uso de Cubesats para missões espaciais tem se tornado cada vez mais comum graças a versatilidade e baixo custo associado, fazendo com que sejam amplamente utilizados em projetos de universidades ao redor de todo o mundo. Entretanto, o gerenciamento térmico de CubeSats em órbita precisa ser avaliado com cautela, em virtude de possuírem áreas externas de tamanho reduzido, que limita a sua capacidade de absorver e emitir calor. Além disso, as suas dimensões pequenas restringem a produção de energia elétrica por parte dos painéis fotovoltaicos e devem ser levadas em consideração no desenvolvimento do projeto. Dessa forma, o presente trabalho buscou avaliar a capacidade de geração de energia elétrica e as temperaturas experienciadas por um CubeSat durante toda sua trajetória ao redor da Terra, analisando seu comportamento para diferentes condições de atitudes, órbitas, absortividades e emissividades. Por meio de análises em CFD no ANSYS CFX, foi possível obter os resultados de temperatura para os múltiplos cenários, além de seu impacto na geração de energia do satélite, onde é possível verificar a influência de diferentes parâmetros no campo de temperatura e energia gerada. De maneira geral, quanto maior a razão entre a absortividade e emissividade das superfícies externas, mais elevadas serão as temperaturas observadas, sendo este cenário prejudicial para a geração de energia, principalmente quando o painel fotovoltaico opera sob uma tensão próxima ao do circuito aberto da célula solar. As análises também consideram a geração interna de calor pelas baterias do CubeSat, onde observou-se a sua temperatura resultante em função da corrente utilizada.
Estudo do ruído de jato turbulento utilizando modelos de fonte acústica baseados na propagação de pacotes de ondas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 0028-06-24) Cuellar, Guilherme Lellis ; Pagani Junior, Carlos do Carmo ; Maia, Igor Albuquerque
Estruturas espacialmente coerentes e organizadas do escoamento produzido por jatos turbulentos têm sido reconhecidas como eficientes mecanismos de geração de som, com padrões de diretividade característicos. Considerações baseadas na analogia acústica de Lighthill, assim como em observações experimentais e simulações numéricas, amparam o uso de fontes estocásticas em linha, estendidas axialmente, baseadas em pacotes de onda Gaussiano, para descrever o campo acústico distante produzido por jatos turbulentos. A base do modelo acústico consiste na utilização da equação da onda não homogênea para relacionar o campo de escoamento hidrodinâmico ao campo de pressão distante. O campo sonoro, relacionado com o modelo em linha baseado em pacote de onda, é numericamente resolvido no âmbito da análise resolvente aplicada ao sistema estocástico, sendo adequada para o tratamento das características relevantes do ruído de jato para números de Mach convectivos subsônicos e supersônicos. Neste trabalho foi realizado uma implementação computacional para simulação numérica de modelos de fontes axialmente coerentes, não compactas e em linha, os quais têm se mostrado adequados para reproduzir, com boa aproximação, os modos de Fourier azimutais axissimétricos do campo sonoro gerado por jatos turbulentos. Um estudo paramétrico foi conduzido com a fonte estocástica simétrica para investigar, numericamente, o padrão de diretividade da fonte e verificar a propriedade de superdiretividade em números de Mach subsônicos. Além disso, uma comparação entre os modelos de fonte com envelope simétrico e assimétrico foi realizada para entender as principais implicações da assimetria da fonte sobre o padrão de diretividade do campo acústico distante. O campo distante foi amostrado por uma antena semicircular composta por dezenove microfones virtuais, e as estimativas de pressão sonoras são apresentadas na forma de densidade espectral de potência. A análise dos resultados permite avaliar a influência dos parâmetros do modelo de fonte estocástica sobre o ruído de jato, bem como o efeito da assimetria do pacote de onda sobre o padrão de diretividade do campo acústico distante.
Aprendizado profundo para a segmentação de regiões teciduais em cirurgias minimamente invasivas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-07-12) Zuanazzi, Thales Pimentel ; Garcia, Marlon Rodrigues
Este trabalho de conclusão de curso investigou o uso de aprendizado profundo para a segmentação de imagens em cirurgias laparoscópicas, com o objetivo de desenvolver e aplicar de maneira pratica técnicas de visão computacional e Inteligencia Artificial em cirurgias de laparoscopia. A pesquisa abordou a aplicação de redes neurais, especificamente a combinação de Redes Neurais Residuais (ResNet) e Autoencoders Convolucionais em Formato de U (U-Net), resultando na utilização da UResNet, uma arquitetura híbrida adaptada para segmentação das imagens em estudo. O estudo utilizou o Dresden Surgical Anatomy Dataset (DSAD), composto por mais de 13.000 imagens segmentadas de cirurgias robóticas assistidas. Ferramentas como a linguagem Python e as bibliotecas PyTorch, Torchmetrics, Torchvision, NumPy, Pandas, Matplotlib, PIL e TQDM foram essenciais para o desenvolvimento e treinamento dos modelos. O Google Colaboratory (Colab) foi utilizado para o processamento devido aos recursos computacionais gratuitos oferecidos. Além disso, o Método Taguchi foi empregado para otimizar os parâmetros da rede neural. Os experimentos realizados mostraram que a UResNet foi capaz de segmentar imagens cirúrgicas com uma acurácia de cerca de 85%, comparável à pesquisa original do DSAD. Os resultados demonstraram a eficácia das técnicas e modelos utilizados, com melhorias pequenas após refinamentos e retreinamento. As redes foram testadas em várias situações, desde imagens simples até complexas presentes no banco de dados, enfrentando desafios como ruídos e variações de iluminação. A pesquisa revelou limitações de processamento que necessitaram do uso do Google Colab, com um tempo de treinamento prolongado devido aos recursos computacionais limitados. Apesar disso, a viabilidade de redes neurais profundas para segmentação de tecidos em imagens médicas foi comprovada. O trabalho destacou a importância de um tratamento mais robusto das imagens e o uso de redes mais profundas em futuras pesquisas. O trabalho atingiu seus objetivos técnicos e acadêmicos, aprofundando o entendimento de ferramentas e técnicas avançadas de aprendizado profundo aplicadas à cirurgia laparoscópica. A tecnologia de segmentação de imagens médicas está em evolução e tem o potencial de se tornar uma ferramenta comum no cotidiano médico, auxiliando na identificação de tecidos e ferramentas cirúrgicas, contribuindo para procedimentos mais precisos e seguros.
Design de filtros interdigitais para tecnologia 5G via redes neurais artificiais
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-07-08) Tapia, Luis Alexandre Silveira ; Penchel, Rafael Abrantes ; Bernardo, Helton Silva
Este trabalho tem como objetivo explorar a aplicação da técnica de redes neurais, especificamente a perceptron de múltiplas camadas, no contexto das ondas milimétricas para redes 5G. A proposta é treinar a rede neural com dados relacionados aos parâmetros de espalhamento S11 e S21, que são indicadores críticos da performance de dispositivos de micro-ondas, para determinar as dimensões de espaçamento entre os ressonadores, ideais de um filtro interdigital de quinta ordem. Além disso, o filtro é projetado para operar eficientemente na faixa de 26 GHz a 28 GHz, uma banda crucial para a tecnologia 5G. Para alcançar este objetivo, será utilizada uma base de dados gerada através da amostragem aleatória de um filtro interdigital, implementado com técnicas de design de filtros. Os dados coletados serão então analisados e refinados para servir como entrada para o modelo de regressão baseado em rede neural. Os resultados encontrados foram uma largura de banda de 26,30 a 28,05 GHz (1,75 GHz) com frequência central de 27GHz, com S11 e S21 médios de -17,11dB e -3,19dB respectivamente, o modelo MLP demostrou uma melhoria na planicidade da largura de banda na operação do filtro com score avaliado em 0,9 e a perda próxima de 153 para RG1 e 0,98 de score e perda de 38,69 para RG2.
Estudo numérico do escoamento monofásico do HFE-7100 em microdissipador de calor segmentado
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-06-28) Silva, Isabelle Guimarães da ; Cardoso, Elaine Maria
A aplicação de dissipadores de calor compactos combinados com fluidos de trabalho refrigerantes de alto desempenho, bem como com a variação das características construtivas, proporciona o gerenciamento térmico de dispositivos elétricos e eletrônicos para que esses operem em sua temperatura ótima, evitando deste modo danos e consequente perdas de dados armazenados. A análise deste tópico sob a ótica da Engenharia Aeronáutica e Aeroespacial evidencia a necessidade de otimização de componentes embarcados de alta performance, como por exemplo, processadores alocados no cockpit de diferentes aeronaves, ou ainda, processadores embarcados em foguetes. Para além da necessidade do controle da temperatura de operação destes componentes, ressalta-se também a otimização espacial deles, uma vez que a miniaturização destes componentes está crescendo exponencialmente, tanto quanto sua potência de operação. Diante desta malha de aplicação, o presente trabalho se propôs ao estudo numérico acerca do escoamento monofásico em um microdissipador de calor aletado para resfriamento de componentes eletrônicos embarcados, o qual foi avaliado em termos de parâmetros termofísicos e fluidodinâmicos. Para tal análise houve a variação de parâmetros influenciadores do desempenho deste dissipador compacto, como o arranjo das aletas e a velocidade mássica do escoamento. Duas geometrias distintas de microdissipador (com aletas alinhadas ou escalonadas) foram analisadas, e o fluido de trabalho considerado foi o HFE-7100. O estudo numérico foi conduzido utilizando o software ANSYS Fluent R1, e os resultados obtidos, em termos de coeficiente de transferência de calor e queda de pressão, foram comparados a dados experimentais, apresentando concordância satisfatória com os mesmos. Ademais, ressalta-se que a combinação entre o arranjo escalonado e o uso do HFE-7100 gera um melhor desempenho termo-hidráulico do sistema quando comparado com o arranjo alinhado.
Modelo inverso de amplificador à fibra dopada com érbio para o controle de potências de saída no regime de alta modulação de ganho cruzado
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-06-26) Francisco, Ana Júlia Nora ; Garde, Ivan Aritz Aldaya
A maior capacidade de transmissão de dados na Internet é uma necessidade crescente devido a atual implementação de novas tecnologias, como o 5G, que sobrecarregam não apenas os sistemas de comunicação móveis, mas também as conexões entre radiobases e a conexão dos sistemas celulares à Internet. As redes de comunicações ópticas são capazes de atender esta demanda, mas ainda dependem de amplificadores ópticos. Estes dispositivos utilizam fibras ópticas que permitem aumentar o produto comprimento de enlace por banda e são equipamentos indispensáveis para alcançar as distâncias impostas ao sistema. Entre os mais usados, estão os amplificadores à fibra dopada com érbio que são fundamentais para amplificar os sinais ópticos na janela de comprimento de onda de 1550 nm. Como o próprio nome expressa, o núcleo das fibras desses amplificadores é dopado com o elemento érbio durante o processo de fabricação. Já na etapa de uso, as fibras são bombeadas opticamente, excitando os seus íons e resultando no aumento do ganho óptico. No entanto, nos sistemas multiplexados por divisão de comprimento de onda existe o efeito do ganho cruzado, o qual é resultante da competição entre os feixes do sinal pelos íons excitados e faz com que o ganho experimentado por cada canal não seja dependente apenas da própria intensidade, mas também é influenciado pelas intensidades dos outros canais. Isso dificulta o controle das potências dos canais na saída dos amplificadores, fazendo com que determinar as potências de saída do amplificador a partir das potências de entrada se torne uma tarefa difícil. Existem modelos matemáticos que representam este efeito, mas necessitam do conhecimento de diversos parâmetros. Uma alternativa a eles, são os diversos modelos baseados em redes neurais artificiais encontrados em pesquisas da área, que são capazes de levar em conta a interação entre os distintos canais do sistema. Além disso, em alguns problemas práticos, não é necessário encontrar as potências de saída do amplificador, mas é preciso encontrar as potências de entrada que fornecem determinadas potências de saída desejadas. Este é o objetivo deste trabalho. Para atendê-lo, dois métodos foram explorados: (I) um modelo inverso de EDFA baseado em redes neurais artificiais e (II) um método baseado em otimização substituta. O método (I) foi empregado de forma inversa para manter potências constantes nas saídas do EDFA, partindo das potências de entrada do amplificador. Já no método (II), foram combinados um modelo de EDFA baseado em redes neurais artificiais com um algoritmo de otimização heurística, visando o mesmo objetivo. Os resultados obtidos por essas abordagens foram comparados para avaliação e a otimização substituta obteve os melhores resultados.
Análise aeroelástica de uma seção típica considerando o modelo aerodinâmico Beddoes-Leishman
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-06-06) Altarni, Vinícius Rosolen ; Sousa, Vagner Candido de
Compreender como é o comportamento de uma estrutura imersa em um escoamento, e sua resposta dinâmica quanto aos esforços inerciais, elásticos e aerodinâmicos é de suma importância e a aeroelasticidade é o ramo da engenharia aeronáutica responsável por isso. Asas de aviões, rotores de helicópteros e pás de geradores eólicos são exemplos de estruturas presentes no universo aeronáutico, e sujeitas a um efeito chamado flutter, de natureza particularmente catastrófica. Diversos estudos tentam representar e entender as características desse efeito, tentando prever e mitigá-lo. Um desses estudos é a metodologia semi-empírica proposta por Beddoes-Leishman, que reúne diversas características atraentes, como a utilização de aerodinâmica não estacionária e aerodinâmica não linear. Esta, por sua vez, é responsável por descrever um fenômeno conhecido como estol dinâmico, e levar em consideração na resposta os efeitos gerados por essa não linearidade, como por exemplo o desprendimento de vórtice e como ele afeta o carregamento aerodinâmico. Isso garante uma resposta bastante realista ao modelo simulado. Ainda, o modelo de Beddoes-Leishman é aplicável para elevados ângulos de ataque, é facilmente representado por equações em espaço de estado, e tem um custo computacional baixo para solução. A integração numérica das equações diferenciais ordinárias é realizada via MATLAB pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem. Neste trabalho, é feito um estudo mais aprofundado especificamente na influência dos parâmetros não lineares na contribuição dos coeficientes totais - sustentação e momento de arfagem - em situação de flutter sob estol dinâmico num perfil NACA 0012.
Avaliação do ciclo de vida: cabo plano de 24 plugs com conector
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-05-15) Rodrigues, Yago Tonini ; Oliveira, José Augusto de
Os cabos planos são um dos muitos modelos de cabos utilizados atualmente para comunicação entre equipamentos e componentes, estes são: impressoras, aparelhos elétricos, equipamentos industriais, painéis LCD, dentre outros. Sua principal função nos tempos atuais, além da comunicação, é a grande resistência a desgastes decorrentes do atrito do uso nas máquinas, proporcionando uma durabilidade maior e evitando reparos frequentes. Dentro deste cenário de cabos, ressaltou-se, através de pesquisas, uma grande necessidade pela gestão dos resíduos sólidos gerados pela produção de cabos, havendo uma grande lacuna relacionada principalmente aos cabos planos. Portanto, neste estudo foi feita a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) de um cabo plano de 24 plugs com conector a fim de se avaliar todos os impactos que podem ser gerados pela produção desses cabos. Para tal objetivo, a metodologia adotada foi o método Recipe 2016 v1.1 midpoint (H), reconhecido internacionalmente para ACV, em conformidade com a Norma ISO 14040 que assegura consistência e qualidade na análise, permitindo uma avaliação rigorosa dos impactos associados aos cabos planos de 24 plugs com conector. A escolha deste método se justifica pela sua capacidade de avaliar impactos ambientais ao longo de todo o ciclo de vida do cabo, alinhando-se com os objetivos da pesquisa. Os resultados da avaliação revelam que o esgotamento de recursos fósseis e o consumo de água doce são as principais categorias de impacto associadas à produção desses cabos. Tais impactos são observados principalmente nos processos de resfriamento do material do plug no teste de qualidade relacionado a altas temperaturas. Essa descoberta enfatiza a necessidade premente de gestão sustentável desses recursos, dada a dependência da produção de cabos planos de 24 plugs com conector em matéria-prima natural e um consumo significativo de água. Desta forma a análise da ACV evidencia a complexidade da fabricação desses cabos, desde a extração das matérias-primas até a finalização, ressaltando a importância de considerar todos os aspectos do ciclo de vida ao avaliar o impacto ambiental.
Projeto de um motor-foguete utilizando o método das características
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-04-25) Munhoz, Gabriel Kaspary ; Abreu, Leandra Isabel de
Com o passar do tempo, a tecnologia aeronáutica e aeroespacial foi avançando, e com isso, surgiram os motores à reação e motores-foguete. Uma das partes principais destes motores, é o bocal de saída. O presente trabalho apresenta uma das formas de obtenção de seu formato com o mínimo comprimento possível (utilizado em casos em que se faz necessária a economia de peso, por exemplo em foguetes), além de uma simulação em software CFD, para fins de comparação, de forma a demonstrar ao leitor a validação do método das características em um projeto real. Este método, que consiste em encontrar pontos importantes do escoamento (tais como os da parede do bocal) por meio das chamadas "linhas características", é um método iterativo simples, que apesar de necessitar de poucos dados iniciais e possuir um baixo custo computacional, é muito eficaz, e por conta disso, pode ser utilizado ainda hoje em projetos reais.
Análise do escoamento sobre um aerofólio de turbina eólica com previsão de transição laminar-turbulento
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-03-28) Alves, Matheus Costa Serafim ; Souza, Daniel Sampaio
O presente trabalho de conclusão de curso traz uma investigação sobre a transição do escoamento no aerofólio S809, comumente utilizado em turbinas eólicas, utilizando simulações de fluidodinâmica computacional (CFD, do inglês Computational Fluid Dynamics) para diferentes ângulos de ataque utilizando uma abordagem por média de Reynolds das equações de Navier-Stokes (RANS, do inglês Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Para capturar a transição foi utilizado o modelo de turbulência kωSSTLM proposto por Langtry e Menter, que adiciona duas equações a serem resolvidas pelo sistema, da energia cinética turbulenta e da taxa específica de dissipação. Por meio das simulações, foi possível observar a transição do escoamento e sua influencia nos campos de pressão, velocidade e energia cinética turbulenta. Todavia, os resultados mostraram que a causa raiz da transição é uma separação laminar que ocorre no gradiente de pressão desfavorável. O baixo número de Reynolds escolhido para as simulações pode ser um dos responsáveis pela separação da camada limite, entretanto, esse comportamento não é o esperado para ângulos de ataque pequenos. Além disso, por conta do baixo número de Reynolds, não foi possível encontrar dados experimentais que comprovassem a existência da bolha de separação e sua influencia na turbulência do escoamento. Para comparar os resultados dos coeficientes aerodinâmicos, de pressão e de atrito na parede obtidos nas simulações foi utilizado o software de fonte aberta XFLR5.
Aplicação do método dos paineis e algoritmos genéticos para otimizar a aerodinâmica de aviões na competição SAE Aerodesign
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-01-15) Marrafon, Gustavo Demarchi ; Souza, Daniel Sampaio
Este trabalho explora a importância da geometria dos aerofólios no desempenho geral das aeronaves em tamanho reduzido e como eles poderiam ser otimizados utilizando algoritmos genéticos para um contexto da competição SAE Aerodesign. O estudo começa com uma revisão bibliográfica da teoria de algoritmos genéticos, sua evolução, diferentes usos que ele pode ser empregado e como o algoritmo já foi utilizado para a alteração de geometrias de aerofólios. O trabalho faz uso de um teste com um aerofólio simétrico para avaliação de seus critérios e possíveis deficiências. Assim, são utilizados os aerofólios adequados para o aerodesign para passar pela otimização e por fim são comparados, o aerofólio original com o aerofólio desenvolvido neste presente estudo, de acordo com os parâmetros previamente expostos, com o fim de promover o aperfeiçoamento do desempenho em futuras competições.
Plataforma de simulação software-in-the-loop para sistemas de controle de uma aeronave não-tripulada flexível
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024-01-08) Ribeiro, André Florentino ; Castillo Zúñiga, David Fernando
A simulação desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de novas aeronaves, visto que permite que testes sejam realizados em ambiente controlado e com custo reduzido quando comparado a ensaios em campo. Atualmente, é comum a criação de simuladores utilizando abordagens Software-In-The-Loop (SIL) para unificar diversos ambientes em apenas um único teste. Este trabalho apresenta uma proposta para criação de uma plataforma SIL que tem como objetivo servir de ambiente de testes para simulação de voo. A plataforma é desenvolvida por meio da criação de uma rede de comunicação entre o Simulink e o X-Plane, sendo que o Simulink é a ferramenta de solução dinâmica do modelo e o X-Plane é utilizado para observação dos estados da aeronave. A aeronave utilizada será o EOLO, um Veículo Autônomo Não Tripulado desenvolvido pelo ITA que possui alto alongamento nas asas. A flexibilidade das asas permite avaliar a influência das deformações estruturais na dinâmica de voo, e como os carregamentos aerodinâmicos são afetados pela aeroelasticidade da aeronave. O presente trabalho realiza a modelagem da dinâmica não linear 3D do EOLO utilizando modelos de aeronaves rígidas e flexíveis. A dinâmica flexível considera a influência dos modos de vibração das asas na dinâmica de voo , o que permite uma melhor análise da condição de estabilidade de aeronaves flexíveis. As derivadas relacionadas ao comportamento aeroelástico são parametrizadas em relação a forma dos modos de vibração. É tomada a hipótese que a elasticidade influencia apenas na dinâmica longitudinal, pois o principal modo estudado considera que as asas se deformam de maneira simétrica, por flexão ou torção. Por meio da comparação entre o modelo rígido e o modelo flexível, os resultados mostram que os modos de vibração das asas influenciam na estabilidade longitudinal da aeronave. Essa comparação realizada por todo o envelope de voo do EOLO como forma de avaliar a estabilidade de maneira completa. Uma vez que o modelo dinâmico é validado, é criada uma arquitetura Software-in-the-Loop (SIL) entre o Matlab/Simulink e o X-Plane para simulação da dinâmica de voo do EOLO. O X-Plane é conectado a um joystick e funciona como uma fonte de entradas para a dinâmica do EOLO, que é calculada no Matlab/Simulink. Os estados da aeronave são observados em tempo real no X-Plane, o que torna a arquitetura ideal para monitoramento e realização de testes em voo. Alguns simulações são realizadas com intuito de explorar a dinâmica do EOLO por meio de realização de manobras, e é apresentado gráficos das coordenadas da aeronave no X-Plane junto de capturas de telas que representam o cockpit observado em tempo real.
Mitigação de não linearidades em sistemas de comunicações ópticas coerentes digitais utilizando árvores de decisão
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-12-15) Mendonça, Otávio José de ; Garde, Ivan Aritz Aldaya
Neste trabalho de conclusão de curso em Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações, abordamos a mitigação de não linearidades em sistemas de comunicações ópticas coerentes digitais, focando na aplicação da classificação por árvores de decisão. As comunicações ópticas coerentes digitais, cruciais para a eficiência espectral em redes ópticas, enfrentam limitações devido à combinação de ruído e distorção não linear. Ao aplicar a inteligência artificial, especificamente a classificação por árvores de decisão, investigamos sua eficácia em um sistema de comunicação óptica coerente de longo alcance com modulação 16-QAM. Os resultados demonstram uma melhoria significativa na tolerância à distorção não linear. Para o método de máxima verossimilhança, com potência óptica de 7 dBm, alcançamos uma taxa de erro de bit (BER) de cerca de 1.4982 × 10−3. Em contraste, o método de classificação por árvores de decisão, processando cada polarização independentemente com hiperparâmetros em configuração padrão e potência óptica de 8 dBm, resultou em uma BER de aproximadamente 9.3460× 10−4. Otimizando os hiperparâmetros, essa taxa melhorou para 6.7075 × 10−4. Processando as duas polarizações conjuntamente, os hiperparâmetros em configuração padrão resultaram em uma BER de 5.9127 × 10−4, e com hiperparâmetros otimizados, em 5.6743 × 10−4, considerando o melhor caso para ambas as configurações. Este estudo destaca a eficácia da classificação por árvores de decisão na otimização de sistemas ópticos digitais coerentes, particularmente em ambientes de longo alcance com modulação avançada, representando uma contribuição valiosa para o desenvolvimento de tecnologias de comunicação óptica mais eficientes e confiáveis.
Análise de perfomance de antenas de microfita patch retangular com polarização circular
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-12-13) Miranda, Ricky Mendes ; Penchel, Rafael Abrantes
A demanda por inovações tecnológicas na área de telecomunicações tem aumentado consideravelmente. À medida em que os sistemas de micro-ondas avançam, a utilização de múltiplas aplicações em um único aparelho e a expansão das redes de comunicação sem fio resultaram na necessidade de criar novas antenas, com custos reduzidos, dimensões compactas e características fundamentais que permitem atender todos os requisitos necessários. Nesse cenário, as antenas planares, também conhecidas como antenas de microfita patch são utilizadas em grande escala e oferecem uma solução eficaz em termos de desempenho para os sistemas de comunicação modernos. As antenas de microfita têm se destacado significativamente e podem ser empregadas em diversas aplicações, como em sistemas de radares, satélites e Wi-Fi. Dentre os tipos de polarização existente, a polarização circular tem sido muito empregada nesses modelos de antena. Isso ocorre porque esse tipo de polarização permite a redução de problemas de desempenho quando situadas em condições climáticas desfavoráveis e viabiliza a mobilidade tanto do transmissor quanto do receptor. A fim de analisar o desempenho de antenas e sua polarização, foram projetadas três antenas distintas de microfita patch retangulares, utilizando substrato de Rogers RT/Duroid 5580 com permissividade relativa de εr = 2.2, com casamento de impedância e para operar na frequência de 5,8 GHz. Para o primeiro caso, foi utilizada uma única alimentação através de um conector SMA, pois a vantagem de utilizar esse método é devido a sua simplicidade, facilidade de fabricação e baixo custo. No segundo caso, foi utilizado novamente um conector SMA, porém com truncamento nas duas extremidades dos patch. Essa configuração permite a criação de campo elétrico em dois modos ortogonais com amplitude iguais e deslocamento de fase de 90 graus. Já o último caso utiliza uma alimentação dupla, por meio de linha de transmissão. Os braços da linha de transmissão são assimétricos justamente para permitir que o primeiro esteja atrasado em 45 graus, enquanto o segundo esteja adiantado em 45 graus, fazendo com que tenha um deslocamento de 90 graus. Foram realizadas simulações no software Ansys HFSS dos parâmetros de coeficiente de reflexão |S11|, impedância de entrada, ganho, diretividade e razão axial, sendo este um parâmetro importante para identificar o tipo de polarização. Em seguida, foram realizadas para cada caso, análises paramétricas, para otimização da antena com o objetivo de melhorar o desempenho e a qualidade da polarização circular. Foram confeccionados protótipos das antenas projetadas, e medidas em laboratório seu coeficiente de reflexão, para comparação de resultados simulados e experimentais.
Design de transformadores de impedância para ondas milimétricas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-12-14) Camargo, Matheus Lopes Capdevila ; Penchel, Rafael Abrantes
Dada a importância das ondas milimétricas em comunicações móveis, redes 5G e Internet das Coisas, assim como em segurança pública, transportes autônomos e aplicações médicas, este trabalho enfoca o projeto de transformadores de impedância para essa faixa de frequência, considerando a relevância crítica dos transformadores de impedância em redes de casamento e de polarização, redes polifásicas, geração de sinais, baluns e divisores/combinadores de potência. Assim, da faixa de frequência das ondas milimétricas escolheram-se as frequências de 60 GHz, 80 GHz e 100 GHz para construção dos transformadores. Realiza-se uma revisão de trabalhos relacionados ao tema. O estudo envolve a compreensão tanto a teoria dos circuitos convencionais quanto das linhas de transmissão. A modelagem e simulação foram executadas no Software Ansys Electronics (utilizando o módulo HFSS, baseado no Método dos Elementos Finitos), empregando a teoria de linhas de transmissão para alcançar os dispositivos nas frequências escolhidas. Os parâmetros foram ajustados visando uma resposta otimizada em banda e desempenho operacional. Nos critérios de projeto, considerou-se a performance em termos de transferência de potência, utilizando os parâmetros de espalhamento S11 e S21. Para os dispositivos que operam nas frequências de 80 GHz e 100 GHz, atingiu-se uma largura de banda de 20 GHz, com um valor de perda de S11 de acima dos-30 dB e S21 próximo de zero. No dispositivo de 60 GHz, os resultados foram semelhantes, com uma banda de 16.53 GHz
Design de uma antena quasi-Yagi para a banda X
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-12-14) Moraes, Ricardo Borges Almeida ; Penchel, Rafael Abrantes
A demanda por redes de comunicações cada vez mais rápidas e eficientes exige a necessidade de projetos e construção mais simples, compactos, fácil de fabricar e de baixo custo. Desta forma, as antenas quasi-Yagi são exemplos pela adaptação plana e facilidade na integração a dispositivos de Circuitos Integrados (CI). Neste contexto, as antenas quasi-Yagi são uma variação da antena Yagi-Uda, enquanto a Yagi-Uda possui elementos discretos em formato de barras ou fios, a antena quasi-Yagi tem seus elementos impressos em um substrato dielétrico. Isso permite que a antena quasi-Yagi seja totalmente plana, ao contrário da Yagi-Uda que precisa de um arranjo tridimensional dos elementos. Essa característica de planaridade torna a antena quasi-Yagi mais fácil de fabricar e integrar em dispositivos, além de possibilitar a miniaturização. Contudo, o fato dos elementos serem impressos em um substrato dielétrico altera ligeiramente o comportamento eletromagnético em comparação com a Yagi-Uda convencional de elementos discretos no ar. Este trabalho teve como objetivo projetar e simular uma antena do tipo quasi-Yagi para operar na faixa de frequências em uma parte da banda X (8-12 GHz). Para isso, utilizou-se a metodologia de análise eletromagnética por meio de simulações computacionais no software ANSYS HFSS . Propôs-se uma estrutura planar com três elementos impressos em substrato RT6010 de 0,64mm de espessura. Realizou-se a simulação do parâmetro S11 por meio da introdução de um único Lumped port no elemento central, obtendo-se um valor menor que -10 dB na faixa de 7 a 9 GHz, indicando boa adaptação de impedância. Também foi simulado o parâmetro de impedância de entrada Z11, verificando-se valor próximo de 50 Ω na mesma faixa de frequências. Com isso, observou-se que a estrutura proposta atende os requisitos para operação na banda X, apresentando características semelhantes às antenas Yagi convencionais de pequeno tamanho e baixo custo.
Investigação do uso de métodos estatísticos e computacionais para prever falhas em componentes aeronáuticos
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-12-11) Loreti, Luca ; Oliveira, Éder Luiz
O presente trabalho aborda uma investigação voltada à construção de um sistema dedicado à previsão de falhas em componentes aeronáuticos, como uma solução para o desafio de otimização do estoque em operadores aéreos. A pesquisa propõe uma abordagem embasada em métodos estatísticos de machine learning e computacionais de big data. A análise teórica fundamenta-se na revisão de métodos avançados como machine learning e computação em nuvem, aplicados à manutenção preditiva. Como resultado, a pesquisa traz um framework prático do sistema, consolidando todas as tratativas que os dados devem seguir para os devidos fins. Além disto, o presente trabalho aborda extensas discussões sobre a viabilidade financeira e retorno sobre o investimento (ROI) do framework proposto. Este estudo contribui não apenas para a academia, ao agregar conhecimento ao campo da manutenção preditiva em aeronaves, mas também destaca a aplicabilidade prática e os benefícios econômicos do desenvolvimento do sistema proposto. Tanto os resultados quanto as discussões proporcionam uma base sólida para futuras implementações e pesquisas na área, promovendo avanços significativos na eficiência e segurança operacional da indústria aeronáutica.

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