MODELAGEM E ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DINÂMICO DO GOVERNADOR DE HÉLICE DA AERONAVE EMBRAER – 110 DURANTE A ETAPA DE VOO CRUZEIRO
Por: kellenjennifer • 20/10/2016 • Monografia • 4.737 Palavras (19 Páginas) • 343 Visualizações
MODELAGEM E ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DINÂMICO DO GOVERNADOR DE HÉLICE DA AERONAVE EMBRAER – 110 DURANTE A ETAPA DE VOO CRUZEIRO
Jonas Francisco do Nascimento[1]*
RESUMO
O trabalho realizado apresenta o estudo do comportamento dinâmico do governador de hélice da aeronave Embraer – 110 durante a etapa de voo cruzeiro.
O estudo é baseado em: descrição de funcionamento dos componentes internos do governador, modelagem fenomenológica do comportamento dinâmico do sistema e análise da função de transferência do sistema no software MATLAB.
Emprega como base de desenvolvimento, as disciplina de engenharia de controle moderno e física, que são fundamentais para a modelagem e análise do sistema.
O trabalho mostra resultados significativos. A estabilidade relativa do sistema é subamortecida, porém, é similar a um sistema criticamente amortecido, por causa da frequência da oscilação ser alta. Intuitivamente, comprara-se à frequência de um sistema elétrico alternado trifásico, porém a similaridade das estabilidades relativas foi comprovada matematicamente no desenvolvimento.
Palavras-chave: Governador de Hélice. Embraer-110. Bandeirante. Turbo-Hélice. Controle de Sistemas. Modelagem de Sistemas. MATLAB. Estabilidade.
- INTRODUÇÃO
Governadores de hélices de aeronaves são dispositivos que controlam o passo das pás da hélice durante o voo. Os governadores são aplicados somente em aeronaves que detém hélices caracterizadas em manter a velocidade constante através da mudança do passo (ângulo) das pás.
A hélice é um componente de aeronaves que promove Tração através da rotação de suas pás na atmosfera. A tração é a força que impulsiona a aeronave para frente.
O objetivo do estudo é modelar e analisar dinamicamente o governador de hélice da aeronave Embraer-110 durante a etapa de voo cruzeiro, para um entendimento melhor do funcionamento desse sistema puramente mecânico, que equipa 498 aeronaves Embraer-110, distribuídas em 13 países, desde o primeiro voo em 22 de outubro de 1968, há 46 anos.
Utilizarei o método de modelagem fenomenológica para descrever as leis físicas presentes no governador. Após a modelagem, a função de transferência será descrita para ser analisada dinamicamente através do software MATLAB.
Por fim, a conclusão será realizada através da discussão do comportamento dinâmico do governador, baseando-se no gráfico gerado no desenvolvimento. Espera-se, também, que o estudo realizado possa contribuir para criação de novos conceitos de controlador e influenciar engenheiros, mecânicos e amantes da aviação a uma nova concepção sobre o funcionamento do governador de hélice para o emprego no dia-a-dia.
- DESENVOLVIMENTO
- - Classificação do Sistema de Controle da Hélice
Segundo O.T. 1C95A-2-3 (2003, p.8-1) “Os motores do Embraer – 110 utilizam hélices Hartzell totalmente metálicas, tripás, de rotação constante, reversíveis e embandeiráveis. Além da hélice com seu servomecanismo, o sistema consiste de um governador da hélice, um governador de sobrevelocidade e uma manete de hélice para cada motor”.
Ogata (1997, grifo do autor) afirma que a comparação entre uma grandeza de entrada e uma grandeza de saída de um sistema, caracteriza um sistema de controle com retroalimentação, conhecido frequentemente como sistema de controle a malha fechada.
Figura 1 – Diagrama Esquemático do Sistema de Controle da Hélice
[pic 1]
Fonte: O.T. 1C95A-2-3 (2003, p.8-2)
Como visto na Figura 1, temos um sistema de controle a malha fechada, pois a mudança de ângulo da pá da hélice (grandeza de saída) depende do deslocamento vertical da válvula piloto do governador da hélice (grandeza de entrada). Há internamente no governador de hélice, um sensor (dispositivo de retroação) que envia o valor da grandeza de saída ao comparador, no qual corrigi qualquer desvio do valor de referência.
Figura 2 – Diagrama de Blocos do Sistema de Controle da Hélice
Fonte: Jonas Francisco do Nascimento
- - Funcionamento do Governador de Hélice
O governador é composto basicamente por: bomba de engrenagens, válvula de alívio, válvula piloto, contrapesos, mola e braço de comando.
A bomba de engrenagens recebe o óleo oriundo do sistema da lubrificação do motor, onde se aumenta a pressão para aplicação no sistema de controle da hélice. A válvula de alívio protege o sistema contra aumento abrupto de pressão retornando para a entrada da bomba o óleo.
A válvula piloto, imerso em óleo, desloca-se verticalmente pela ação dos contrapesos e mola, aumentando ou diminuindo a vazão de óleo para o servomecanismo da hélice.
A mola do governador fica sobre a válvula piloto e sob o braço de comando. Sua função é agir contra a força realizada pelos contrapesos. Quando a mola é comprimida tanto pelo braço de comando quanto pelas forças dos contrapesos, a força elástica terá uma direção vertical, sentido para baixo com aumento da sua magnitude. Quando a mola é descomprimida tanto pelo braço de comando quanto pelas forças dos contrapesos, a força elástica terá uma direção vertical, sentido para baixo com diminuição da sua magnitude.
Os contrapesos “centrífugos” são dispositivos pertencentes ao sistema de retroação que atuam diretamente na válvula piloto. Com aumento da rotação da hélice, a rotação do sistema de retroação aumentará, aumentando a “força centrífuga” nos contrapesos. Com isso, a força aplicada sob a válvula piloto terá uma direção vertical, sentido para cima com o aumento da magnitude. Com a diminuição da rotação da hélice, a rotação do sistema de retroação diminuirá, diminuindo a “força centrífuga” nos contrapesos. Com isso, a força aplicada sob a válvula piloto terá uma direção vertical, sentido para cima com a diminuição da sua magnitude.
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