Candidato:Marcos Paulo NostraniTese_Nostrani_2021

Programa: UFSC / POSMEC

Data: Fevereiro de 2021

Orientador: Victor Juliano De Negri

Coorientador: Anders Petter Krus

Resumo: Mediante a crescente conscientização global para a redução das emissões de gases do efeito estufa, a indústria aeronáutica vem buscando soluções mais eficientes que possam ser aplicadas em suas aeronaves visando a economia de combustível. Com a demanda crescente pelo transporte aéreo, essa busca por sistemas mais eficientes aumentou consideravelmente, dando origem a conceitos como More Electric Aircraf, que visa a substituição dos sistemas hidráulicos e pneumáticos por sistemas puramente elétricos. No entanto, a baixa relação peso potência, alta confiabilidade, boa resposta dinâmica faz com que a tecnologia dos atuadores hidráulicos seja amplamente utilizada no controle das superfícies primárias e secundárias de controle de voo. Porém, os sistemas hidráulicos são conhecidos pela sua baixa eficiência energética, a qual é causada pelas técnicas de controle restritivo que estrangulam a passagem de fluido em orifícios de controle, e também pelos vazamentos internos nos componentes. Com o intuito de melhorar a eficiência dos sistemas hidráulicos, a hidráulica digital surge como uma nova alternativa tecnológica, onde o controle é realizado por técnicas não restritivas, através do uso de componentes hidráulicos em paralelo ou através da hidráulica de chaveamento rápido. Mediante isto, esta tese de doutorado visa o desenvolvimento de uma nova solução de atuador hidráulico para aplicação em aeronáutica utilizando hidráulica digital. A solução desenvolvida visa o uso de uma bomba digital, válvulas on/off e cilindros multi-câmaras. Esta solução foi denominada de Digital Electro Hydrostatic Actuator – DEHA em alusão aos Electro Hydrostatic Actuators – EHA. Para o projeto do DEHA, foi desenvolvida uma metodologia para a determinação da quantidade necessária de câmaras para o cilindro e o número de módulos binários para a bomba digital. Assim, um cilindro de quatro câmaras e uma bomba digital com três módulos binários foram utilizadas, resultando em 43 diferentes velocidades para o atuador. Com a definição do cilindro e da bomba digital, o atuador foi otimizado para um perfil de velocidades desejado utilizando um algoritmo de otimização. Para verificar a viabilidade da solução proposta, um modelo matemático utilizando os softwares MATLAB/Simulink e Hopsan foi elaborado. Além disso, um modelo para o EHA e outro para o SHA (Servo Hydraulic Actuator) foram elaborados para comparação de resultados e aferição das eficiências. Com o intuito de validar o modelo matemático, uma bancada de testes foi construída no Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos – LASHIP da UFSC, onde diferentes experimentos foram realizados. Os resultados obtidos mostram que o DEHA consegue controlar a posição com erro em regime permanente de 0.27×10-3 m e com eficiência energética da ordem de 54%, sendo 29 vezes maior que o SHA e 1.2 vezes maior que o EHA, o que demostra que o DEHA pode ser uma solução promissora para o desenvolvimento de atuadores hidráulicos mais eficientes.

Reference: Nostrani, M. P. Development of a Digital Electro Hydrostatic Actuator for Application in Aircraft Flight Control Surfaces. 2021. 192 p. Tese em Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.

Tese_Imagem_Nostrani