Caracterização não linear de sistemas aeroelásticos por meio da Função Densidade de Probabilidade Conjunta

Abstract

A indústria aeronáutica realiza investimentos significativos na manutenção de aeronaves, devido a diversos fenômenos aeroelásticos que podem ocorrer ao longo das suas vidas úteis, incluindo danos à integridade estrutural. A mantenabilidade é um campo de operação responsável por analisar tal integridade por meio de estudos do ciclo de um componente, desenvolvendo processos ótimos de manutenção de uma estrutura, a fim de evitar possíveis acidentes. Para garantir a confiabilidade de um sistema, a previsibilidade de eventuais problemas ao longo de sua operação torna-se fundamental na pretensão de disponibilidade e desempenho de uma aeronave, a partir do monitoramento de sinais obtidos por sensores distribuídos pela estrutura. Uma alternativa de atingir tal requisito é a análise dos sinais por meio da Função Densidade de Probabilidade Conjunta (J-PDF), um método estatístico que realiza mensurações do comportamento de variáveis conjuntas ao longo de um intervalo de tempo. Logo, a probabilidade da variável em determinado estado pode indicar a possibilidade de futuras anormalidades no sistema. A presente pesquisa propôs a análise da J-PDF e a avaliação da sua eficiência na área da Aeroelasticidade por meio de sinais não lineares oriundos de estruturas aeronáuticas, evidenciando a potencialidade da J-PDF para a previsão de anormalidades em uma aeronave e apresentando as vantagens que tal metodologia estatística possui, não apenas nos processos de mantenabilidade, mas também em diversas áreas de pesquisa. Os resultados demonstram a eficiência da J-PDF quando aplicada em sistemas aeroelásticos não lineares, em séries temporais numéricas e experimentais, de forma que o espaço de fase gerado demonstra a probabilidade do comportamento das variáveis ao longo do tempo. Com isso, é possível detectar futuras anormalidades e demais efeitos quando o sistema é submetido a condições específicas.

The aeronautical industry conducts significant investments in aircraft maintenance due to several aeroelastic phenomena that can occur during an aircraft's life, including damage to structural integrity. Maintainability is an operating eld responsible for analyzing such integrity through studies of the component's cycle, developing optimal processes for maintaining a structure to avoid possible accidents. In order to guarantee the accuracy of a system the predictability of eventual problems during its operation becomes essential in the pretension of an aircraft's availability and performance by monitoring the signals obtained by sensors distributed throughout the structure. An alternative to achieve this requirement is the analysis of the signals through the Joint Probability Density Function, J-PDF, a statistical method that measures the behavior of joint variables over a period of time. Thus, the probability of the variable in a given state may indicate the possibility of future abnormalities in the system. This research aimed to analyze J-PDF and evaluate its efficiency in the Aeroelasticity extent through non-linear signals from aeronautical structures, intending to highlight the potential of J-PDF for the prediction of abnormalities in an aircraft and presenting the advantages that such statistical methodology can assist not only in the processes of maintainability but also in several research areas. The results prove the efficiency of J-PDF when applied to non-linear aeroelastic systems, so that the generated phase space demonstrates the probability of the variables behavior over time. Thereby it is possible to detect future abnormalities and another effects when the system is subjected to specific conditions.