Aeroelasticidade de VANTs Inspirados em Pássaros

• Processo: 23/05596-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2027
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Douglas Domingues Bueno
• Beneficiário: Bianca Taís Visoná Carnielo
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia (FEIS). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Ilha Solteira. Ilha Solteira , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/03128-7 - Análise aeroelástica e controle de VANTs bioinspirados para aplicações de engenharia, AP.PNGP.PI
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/03126-2 - Análise da resposta a rajadas em asas aeroelásticas batentes com foco em VANTs bioinspirados, BE.EP.DR
• Assunto(s): Controle Aeroelasticidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Controle | Interação fluido e estrutura | VANTs biosinpirados | Aeroelasticidade

Resumo

Veículos aéreos não-tripulados (VANTs) têm sido desenvolvidos e empregados em diferentes aplicações que envolvem operações técnicas de engenharia e entretenimento. Dentre os diversos tipos destacam-se os VANTs bio-inspirados, que envolvem movimento de asas, tipicamente chamados de sistemas flapping wings, ou seja, com batidas de asas. Os principais tipos desses ve1culos são inspirados em insetos e pássaros, respectivamente denominados insect-like e bird-like UAVs, do inglês Unmanned Aerial Vehicles. Os trabalhos nessa áera, em geral, abordam a dinâmica de corpo rígido dos veículos desprezando efeitos aerodinâmicos, como usalmente feito para VANTS convencionais de asas rotativas ou, por outro lado, consideram a modelagem de forças aerodinâmicas, com enfoque predominantemente quasi-estacionário, sendo limitadas as aplicações com aerodinâmica não-estacionária. Neste contexto, este projeto compreende o estudo de pequenos VANTs inspirados em pássaros, como por exemplo o ornicóptero, através da modelagem aeroelástica do veículo SUAV (Small Unmanned Aerial Vehicle), o que inclui o modelo estrutural, o modelo aerodinâmico e o acoplamento das malhas. Também, o escopo envolve ensaios com protótipos. Os objetivos da pesquisa são: desenvolver um modelo estrutural do veículo SUAV usando o método dos Elementos Finitos e acoplar a malha estrutural à uma malha de panéis obtida para aerodinâmica não-estacionária de sistemas flapping wings, obter o modelo aeroelástico e realizar análise de divergência, entre outras; desenvolver uma estratégia de controle para VANT SUAV principalmente baseado em LMIs (Desigualdades Matriciais Lineares) visando assegurar o voo em trajetória previamente definida; e realizar ensaios em voo para comprovação das metodologias de modelagem e controle desenvolvidas. O método dos Elementos Finitos (FEM, do inglês Finite Element Method) será considerado para desenvolver o modelo estrutural dos VANTs tipo SUAV. As forças aerodinâmica serão obtidas com uso de método painéis para aerodinâmica potencial não estacionária, já desenvolvido para sistemas flapping wings. O método dos Trabalhos Virtuais será empregado para conectar as malhas estrutural e aerodinâmica. Como estratégia de controle, serão considerados controladores LMI, especialmente baseados nas abordagens Fuzzy Takagi-Sugeno e em Affine Parameter Models, devidamente convertidos para modelos convexos, visando principalmente viabilizar o uso de controladores modernos, com estratégias de relaxação em relação à estabilidade quadrática. A ideia central é calcular forças de controle, baseadas em estados e/ou saídas para assegurar o voo em trajetória previamente definida. Serão realizados ensaios em voo, em ambientes fechado e aberto, para verificar o desempenho dos controladores projetados.