Dissertação M2650 - uBibliorum: Página principal
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1. In order to complement the present MSC thesis an Operation Manual has been developed that enumerates safety rules as well as all the process of installation use and execution of the tests Key words Virtual Instrumentation Lab VIEW M Work Bench Unmanned Air Vehicles Agradecimentos Em primeiro lugar quero agradecer aos meus orientadores Prof Dr Jos Manuel Mota Louren o da Sa de pelo acolhimento da ideia e pelo acompanhamento deste estudo e ao Sr Capit o Carlos Silva por toda a ajuda prestada durante os trabalhos experimentais pela motiva o e por todo o tempo que despendeu para me apoiar na elabora o desta disserta o Quero agradecer Academia da For a A rea por me ter recebido e disponibilizado todos os meios necess rios ao sucesso deste trabalho Agrade o ao Sargento Ajudante Ramos e aos demais pela boa vontade e ajuda na adapta o de todo o material necess rio realiza o dos ensaios N o posso deixar de salientar o papel da minha familia que me apoiou incondicionalmente du rante toda a minha vida e me deu apoio incondicional durante a minha forma o o que me permite estar aqui agora a escrever este texto para todos eles fica o meu obrigado Um obrigada especial ao meu namorado Pedro Baltazar iv Conte do Resumo li Abstract iii Agradecimentos iv Lista de Figuras vii Abreviaturas viii 1 Introdu o 1 El Introdu o 4 a ee SB ee SO ee a ee a VE Mel a ee E 1 1 2 Cont2. Cap tulo 1 Introdu o 4 seu correcto manuseamento Prop e se um foco primordial no software mostrando todos os seus aplicativos funcionalidades e op es para diversos motores e h lices e componentes respeitantes ao sistema propulsivo Para al m deste Cap tulo introdut rio o presente documento composto tamb m por um Cap tulo referente revis o bibliogr fica o Cap tulo II onde feita uma abordagem sobre bancos de en saios caracteriza o de motores import ncia e caracteriza o do desempenho de h lices par met ros a testar e instrumenta o virtual Temas estes necess rios ao desenvolvimento do trabalho e de acordo com o objectivo que nos propusemos alcan ar O terceiro cap tulo descreve a utiliza o dos componentes f sicos a serem testados bem como as suas caracter sticas assim como o desenvolvimento do programa e de todo o processamento envolvido O quarto cap tulo comprova o correcto funcionamento da aplica o na bancada de ensaios realizando testes experimentais a um motor dispon vel obtendo valores pr ticos que ser o posteriormente comparados em gr ficos com valores te ricos Aqui s o apresentados os resultados obtidos com a automa o da bancada de testes descrevendo as funcionalidades que podem ser exploradas no decorrer da execu o do programa Por ltimo apresentam se as conclus es coment rios finais e sugest es para futuros trabalhos S o ainda apresentados em
3. o de dados Na actualidade existem sensores capazes de medir praticamente todos os tipos de grandezas f sicas em todos o sinal el ctrico gerado proporcional quantidade f sica que se pretende medir de acordo com uma rela o j estabelecida Existe uma grande variabilidade de par metros no que respeita s medidas nomeadamente amplitude de sinal estabilidade linearidade etc Os cabos de liga o representam a liga o entre os sensores e o equipamento de processamen to aquisi o de sinal Em in meros sistemas de aquisi o de dados os cabos de liga o representam o maior componente de todo o sistema podendo torn lo sens vel a v rias agress es externas como o ru do Muitas das vezes ao longo do processo de desenvolvimento do sistema os cabos s o negligenciados podendo tornar se numa fonte de erro e incerteza Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 17 Os sinais provenientes dos sensores na maioria das vezes necessitam ser convertidos tornando os apropriados para o sistema de aquisi o de dados O m todo de convers o mais usual o conversor Anal gico Digital A D que converte sinais el ctricos em c digos digitais capazes de ser processados e armazenados nos computadores Os processadores de sinais t m como principais fun es filtrar amplificar linearizar e isolar o sinal Dependendo da aplica o o equipamento de medi o utilizado para implementar a experimen ta o poder conter
4. 2 4 2 Dispositivos de Aquisi o e Controlo de Dados O hardware associado a um instrumento virtual dividido em duas classes equipamento de aquisi o de dados e dispositivos de controlo de mecanismos Os equipamentos destinados aquisi o de dados promovem a liga o entre o computador e o ambiente de aplica o s o maioritariamente placas de aquisi o de dados que se destinam a realizar o processamento de dados provenientes de sensores O controlo de instrumentos realizado por interm dio da interface gr fica disponibilizada ao utilizador Esta comunica com placas de processamentos de dados que injectam informa o no mecanismo desejado Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 16 l E z b dl Ee APPLICATION AND DRIVER SOFTWARE DATA ACQUISITION HARDWARE FIGURA 2 6 Exemplo de arquitetura de um instrumento virtual 4 2 4 2 1 Aquisi o de dados Os elementos funcionais de um sistema de aquisi o de dados s o apresentados na Figura 2 7 Nela s o indicados o computador software de aquisi o equipamento de medi o de processa mento cabos de liga o e sensores ou transdutores Data Acquisition and Analysis Hardware Conditioning Personal Computer FIGURA 2 7 Componentes de uma Instrumenta o virtual 5 Os sensores destinam se a converter grandezas fisicas em sinais el ctricos apropriados para o equipamento de medi o e aquisi
5. Theoretical Knowledge Manual Aug 2001 LCRC Static Thrust Calculator version 1 May 2008 ARNOLD AIR FORCE BASE Arnold Air Force Base Engine Test Facility Dec National Instruments User Manual 2006 R Bishop Learning With LabVIEW Addison Wesley 1999 T Williams Object oriented Methods Trasform Real Computer Design version 1 Set 1992 43 Ap ndice A Manual do Utilizador 44
6. o distribu da Os m dulos PXI Compact PCI s o plataformas de aquisi o de dados robustas que possuem um computador dedicado para controlar especificamente os dispositivos de aquisi o A plataforma de aquisi o de dados distribu dos baseada em m dulos de entrada e sa da de dados Esta foi a PXI Compact PCI utilizada na bancada virtual n o s por ser indicada na utiliza o de instrumenta o virtual bem n o ter sido adquirida propositadamente para a aplica o evitando o aumento dos custos 3 1 4 Placa de Aquisi o Express Card e NIPXI 5105 A placa NI PXI 5105 com uma mem ria interna de 512 MB possui oito canais que actuam em simult neo podendo ainda operar com 136 canais combinados num nico Chassis PXI Na presente aplica o a placa suportar a aquisi o de todos os sensores ocupando quatro dos oito canais dispon veis Esta recebe e processa os sinais emitidos pelos sensores que atrav s do Software proporciona ao utilizador uma leitura directa dos par metros Cada canal da NI PXI 5105 destinado a um sensor respeitando a seguinte ordem CHO M 2396 cabo correspondente sec o que mede For a CH1 M 2396 cabo correspondente sec o que mede Bin rio CH2 ROS W Remote Optical Sensor mede a Velocidade Rotacional CH3 OM004 mede o Caudal de combust vel A imagem mostra a sua configura o antes da integra o no Chassis e NIPXI 5421 Esta a outra placa
7. 4156 602xU 11 089 3 1 onde U representa a tens o em V O mesmo se verificou no par metro de For a esta apresenta como recta de calibra o a seguinte equa o B 41977 IxU 5 7 3 2 Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 24 Ambas as fun es foram utilizadas na constru o gr fica do software a fim de evitar a gera o de erros residuais 2 Sensor ptico ROS W Apresenta as seguintes caracter sticas e Modelo ROS W e Construtor Monarch Instruments e Capacidade 1 250 000 RPM e Excita o 3 a 15 V e Sinal de Sa da Impulsos de Tens o Negativa Este sensor desempenha a fun o de adquirir o par metro de velocidade rotacional O funciona mento do sensor tem como base a emiss o de um feixe de luz atrav s de um LED vermelho Na detec o de uma reflex o no sensor este gera um impulso el ctrico de tens o negativa Para o processamento de sinais foi lhe aplicado um filtro passa banda permitindo apenas a recep o de sinais entre os 55 e 333 Hz correspondendo ao valor m nimo e m ximo estabelecido para RPM compreendidas entre as 1500 e as 10000 A equa o utilizada para obter de forma directa as RPM dada por RPM n 3 3 O valor de 60 corresponde convers o da frequ ncia para unidades de minuto a divis o por 2 efectuada visto a cada dois impulsos corresponder uma rota o do h lice Inicialmente os testes foram realizados sem a util
8. Esta a avalia o efectuada Na parte superior temos a avalia o realizada aos par metros de For a Propulsiva Bin rio e Pot ncia os pontos vermelhos s o os dados adquiridos com no ensaio que posteriormente sobre eles ser criada uma linha de tend ncia tendo sido usadas aproxima es polinomiais c bicas e quadr ticas Na parte inferior temos a compara o dos valores pr ticos obtidos com valores te ricos prove nientes de linhas de tend ncia j antes adquiridas em ensaios na fase da calibra o dos sensores Com esta avalia o podemos observar se os nossos valores se encontram dentro do espect vel para a situa o criada Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 35 Foren Prpa 4 T ii t zZ 0 i 5 po So it 4 AA OR EMO SUDO SO ne A 3000 4000 MO GOO RPM RPM RPM Forca Teorico Fritica 7 Enirio Tio t Pridien i Pothacdi Teka c Pr tica FIGURA 3 9 Output da An lise de dados a Ensaios Est ticos Cap tulo 4 Resultados Valida o 4 1 Ensaios Est ticos De forma a testar o funcionamento do Banco de Ensaios e dos sensores nele instalados procedeu se realiza o de ensaios aplicados ao grupo propulsor constitu do por e Motor MDS 58FS e h lice propulsor 11x8 Embora ainda se tenham realizado alguns testes com o grupo indicado tivemos de partir para outra aplica o Isto deveu se ao facto de ap s alguns ensaios o motor n o aguentar muito
9. fica criada pela National Instruments Nome dado ao Banco de Ensaios para motores de UAV s desenvolvido na Academia da For a A rea 5 Acr nimo de Rota es Por Minuto Abstract The continuous growth and development of the researches with Unmanned Air Vehicles UAV have contributed to improve several aspects related with the operational capacity At the Aeronautics Laboratory of the Academia da For a A rea Portuguesa AFA the demand around UAV s is increasing thus leading to creating structures infra structures to support research projects The absence of studies in the Propulsive System of the already existing aircraft namely the Antex M X02 has been nourishing the need of an evolution in this field Since the beginning of 2010 that the Project counts with a Work Bench named BE 0 0 operating still with traditional instrumentation The objective of this work consists in the creation of an integrated and flexible programme based in the LabVIEW applied to the sensors existing in the BE 0 0 by leading to implement a virtual instrumentation in the processing and acquisition of data as well as in the control of the engines to be tested This program stands out for doing a direct acquisition of the following parameters Thrust Torque Flow speed as well as it allows to determine the propeller performance and efficiency In order to validate the software program various static tests and tunnel tests were carried out
10. o do ar e a rea de escape As estruturas albergam todos os sistemas de comando e controlo do motor os sistemas do banco de ensaios acess rios bem como todo o conjunto de sensores e processadores de sinal necess rios para a recolha de par metros e sua leitura Nos bancos de ensaios mais antigos esta sala de comando est separada da sala de ensaios por uma janela de vidro atrav s da qual se observa e se controla o motor em funcionamento Os bancos mais modernos prescindem desta janela e em sua substitui o utilizam um jogo de c maras de Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 6 v deo estrategicamente posicionadas no interior da sala tirando partido das potencialidades da capacidade de zoom Os par metros habitualmente a serem verificados nos Bancos de Ensaios est o directamente relacionados com os sensores capazes de os processar na generalidade os par metros avaliados s o e Bin rio e For a Propulsiva e Velocidade Rotacional e Consumos de combust vel e Desempenho de h lices e Temperaturas e press es e Desequil brios mec nicos entre outros Todos os par metros a testar s o armazenados em computadores podendo ainda serem proces sados e analisados Por vezes alguns dos resultados s o fruto de ensaios mal sucedidos criando resultados de erros e incertezas Para que n o ocorram este tipo de coisas existem instala es capazes de simular condi es atmosf ricas ptimas realiza o d
11. pois estas s o as utilizadas por todo o equipamento el ctrico necess rio aplica o Dever o existir fontes de alimenta o suficientes para a liga o dos diversos sensores depen dendo da sua capacidade de entradas que servir o para alimentar os 3 sensores bem como o mecan ismo servo motor O sensor de For a propulsiva e Bin rio M 2396 ser alimentado com uma tens o de 12V A tens o de excita o do sensor poder ser regulada entre os 2 e os 12V O cabo correspondente ao par metro de for a marcado com a letra F ser ligado ao cabo de oscilosc pio que por sua vez se ligar placa de aquisi o de dados no canal 1 designado por CHO O cabo com a marca o B ser ligado placa de aquisi o de dados no canal 2 CH1 O sensor ptico ROS alimentado com uma tens o de 15V em que a sua tens o de alimenta o varia entre os 3 e os 15V O cabo de oscilosc pio ligar placa de aquisi o de dados O sensor de caudal OM004 suporta uma tens o de alimenta o de 5 a 24V sendo no caso da aplica o alimentado com 24V O cabo de dados ser ligado ao canal 4 da placa de aquisi o de dados NI PXI5105 O servo comando alimentado com uma tens o de 5V Ao contr rio dos restantes ligado a um canal de sa da da placa PXI 5921 Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 26 3 1 3 Chassis NI PXI 1033 Series A NI PXI 1033 pertence a uma gama de plataformas de aquisi
12. a ser desenvolvidos com o intuito de criar plataformas cada vez mais desenvolvidades A Academia da For a A rea Portuguesa AFA apresentou com o objectivo de integrar os diver sos conhecimentos obtidos atrav s da participa o da AFA em diversos programas de UAV s na cionais e internacionais em 2002 um programa de desenvolvimento de uma aeronave n o tripulada experimental militar ANTEX M Este programa despertava um particular interesse da comunidade cient fica directamente ligado aos cursos ministrados na Academia da For a A rea bem como a sua representatividade como tentativa de integra o dos v rios projectos de UAV s em curso no Pa s e no estrangeiro O primeiro modelo designado como ANTEX M X01 revelou se na generalidade um ve culo para testes em voo da aplica o de materiais inteligentes a estruturas inteligentes Em 2003 houve uma evolu o para a plataforma ANTEX M X02 designado tamb m de Alpha j con figurada para funcionar como ve culo a reo n o tripulado Na continua o do programa surge o ANTEX M X03 visando o objectivo da constru o de uma plataforma maior no que respeita sua envergadura e carga til possibilitando a aplica o de novas funcionalidades 3 Acronimo de National Aeronautics and Space Administration conhecida como a Ag ncia Aero Espacial Americana uma ag ncia do Governo dos EUA criada em 1958 respons vel pela pesquisa e desenvolvimento de tecnologias e programas
13. como possibilitar numa fase de projecto a escolha acertada do grupo propulsor a ser instalado na aeronave 5 3 Perspectivas de Investiga o Futura N o deve ser colocado um ponto final neste projecto mas sim ponderar a constru o de In stala es providas de condi es para o funcionamento do Banco de Ensaios no que respeita realiza o de Ensaios Est ticos Este apenas um dos pontos que poder ser considerado como uma investiga o futura Ap s o resultado dos ensaios realizados verificou se a potencialidade do Banco de Ensaios podendo este ser apenas o inicio de uma bancada instrumentada que poder ser desenvolvida no intuito de receber para inspec o uma gama mais alargada de motores Visto ter sido criado um Manual do Utilizador para o software seria interessante acrescentar lhe uma base de dado que contivesse ensaios realizados a um determinado grupo de motores e h lices com o objectivo de a sua consulta se tornar numa consulta de par metros caracter sticos a fim de validar ensaios realizados 1 Acr nimo de MATrix LABoratory um sistema ou ambiente potente para fazer c lculos matem ticos cient ficos e de engenharia Bibliografia 1 Lu 2 3 4 5 a 6 7 Szabolcs Fuzesi Static Thrust Calculator Report ICAT 2007 2 Aug 2010 JAA Joint Aviation Authorities Principles of Flight In Joint Aviation Authorities Airline Transport Pilot s Licence
14. de aquisi o de dados usada no conjunto de aquisi o A placa NI PXI 5421 executa a fun o de levar a informa o do controlador concebido ao servo fazendo trabalhar o mecanismo Servo Motor A Figura 3 2 mostra a sua imagem A NI ExpressCard 8360 encarrega se da liga o do Chassis NI PXI 1033 Serie ao computador Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 27 pa FIGURA 3 2 Placa de aquisi o de dados NI PXI 5421 5 3 2 Programa Desenvolvido Foi desenvolvido um programa inform tico utilizando instrumenta o virtual tendo como am biente de desenvolvimento o software LabVIEW 8 5 Embora o desenvolvimento deste programa apontasse inicialmente para a sua divis o dada a complexidade de tarefas de modo a tornar a implementa o mais simples optou se por realizar toda a instrumenta o num nico VT Embora os processos mais pequenos chamados de SubVIs por vezes se tornem mais f ceis de realizar noutros casos podem criar conflito entre processos de execu o A escolha deste procedi mento deveu se ao controlo do Servo motor ser bastante sens vel devido aos seus tempos de atraso e por isso desencadear erros indesejados Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 28 net gyere dies Leo a LLE FIGURA 3 3 Interface do utilizador Painel de CONFIGURA ES A especificidade de tarefas executadas pelo programa foi determinada pelo procedimento expe
15. de uma manete alavanca virtual que controla o motor dando lhe mais ou menos pot ncia atrav s das seguintes configura es 1 Ap s colocar o programa em modo de leitura CLICK em RESTAURAR LIMITES DO SLIDE 2 Coloque o ponteiro do rato em cima da manete do slide e v aumentando at o motor entrar em funcionamento 3 Procure o regime min mo do motor encontrando o ponto em que o motor deixa de fun cionar quando assim se verificar carregue no bot o ALTERAR VALOR MIN MO DA MANETE VIRTUAL 4 Procure o regime maximo do motor quando ele atingir as rota es m ximas a que se prop e quando assim se verificar carregue no bot o ALTERAR VALOR M XIMO DA MANETE 5 Ap s o procedimento a manete estar configurada para operar entre o seu regime m ximo e m nimo do motor a testar 3 2 1 2 Ensaios T nel Nos Ensaios em T nel o princ pio de funcionamento praticamente o mesmo apenas visando outros par metros Par metros como o Rendimento CP e CT Este um painel mais direccionado n o s ao motor mas sim ao grupo propulsor especialmente no que respeita ao desempenho de h lices O software funciona da mesma forma apenas transforma atrav s de equa es e processa mento os par metros que adquire directamente atrav s dos sensores 3 2 2 Controlo do Mecanismo Servo Motor Um servo motor um dispositivo cujo veio pode ser posicionado numa determinada posi o angular de acordo com um sinal codificado
16. inform tico uti lizando o software LabVIEWS8 5 para aquisi o de dados e controlo em Bancos de Ensaios de motores de UAV s A inexist ncia de programa o especifica a este n vel torna o projecto n o s nico como de extrema utilidade Existem actualmente duas bancadas de testes ao servi o da For a A rea Portuguesa n o sendo comuns a todos os motores que equipam as aeronaves operando uma com o motor que equipa o F 16 e a outra respons vel pelo grupo propulsor do Alpha Jet Embora muito diferente da anteriormente falada partilhando apenas o nome de Bancada de Testes surguiu em Mar o de 2010 uma Bancada de Testes destinada gama de motores de UAV s ainda numa fase de desenvolvimento apresenta se com algumas car ncias a n vel de aquisi o de dados tendo o presente trabalho o objectivo de as suprimir Inicialmente a aplicabilidade do programa ser testada no Banco de Ensaios BE 010 que se encontra ao servi o do Projecto PITVANT Foram realizados Ensaios Est ticos e em T nel de forma a garantir a sua valida o e dessa forma o seu correcto funcionamento Outro dos objectivos desta disserta o incluiu a constru o de um manual de utiliza o do soft ware inserido como componente do banco de ensaios visando os diversos sensores utilizados e o 5 Acr nimo de Projecto de Investiga o e Tecnologia em Ve culo A reos n o Tripulados 6 Acr nimo de Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
17. que lhe enviado Enquanto esse c digo persistir na entrada o servo ir manter a sua posi o angular Se o c digo de entrada variar a posi o angular tamb m varia Na pr tica os servo motores s o usados no controlo de aeromodelos Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 32 A aplica o necessitava de um controlo que exerce total poder sobre o motor para tornar a tarefa de ensaios em bancada instrumental virtual o mais aut nomo poss vel A tarefa foi bem sucedida tendo sido criado um sistema de controlo baseado num sinal PWM O sinal PWM a enviar ter de ter sempre o primeiro milisegundo a 5 V A partir da durante o milisegundo seguinte o tempo que o sinal se mantiver a 5 V ir determinar a posi o do veio do servo motor Ou seja se imediatamente ap s o primeiro milisegundo o sinal passar a ser de O V ent o servo ir se colocar na posi o 0 Se em vez disso o sinal for durante o primeiro milisegundo igual a 5 V e se esse valor se mantiver durante o segundo milisegundo igual a a 5 V ent o o servo motor ir se colocar na posi o 180 a posi o angular m xima de um servo motor normalmente de 180 A Figura 3 6 mostra a programa o do mecanismo Servo motor OTB SBE VIEW vz xi Block O File Edir View Project Operate Isos Window Help FIGURA 3 6 Programa o de Controlo do Mecanismo Servo Motor 3 2 3 An lise e Tratamento de Resultados A an lise e tra
18. rea Portuguesa surgindo nessa data uma bancada de ensaios destinada a motores de UAV s Esta surge com o intuito de suprimir as dificuldades existentes at ent o na avalia o dos grupo propulsor de motores destas gamas A sua conclus o teve como origem o presente trabalho surgindo como desenvolvimento da Bancada de testes para uma bancada de testes com instrumenta o virtual 2 1 2 Bancos de Ensaio e Instrumenta o Virtual A evolu o de Bancos de Ensaios tradicionais para sistemas computorizados de controlo e aquisi o de dados trouxe consigo in meras vantagens nomeadamente e Podem funcionar sem a presen a de um operador o que d uma monitoriza o experimental de 24 horas por dia e Permitem a opera o remota de dispositivos experimentais por exemplo atrav s da internet e Possibilitam o armazenamento de toda a compila o de ficheiros referentes a ensaios bem como a sua an lise directa Estas vantagens foram pontos levados em considera o quando se iniciou o projecto de au tomatiza o da Banco de Ensaios BE 010 Torn la numa bancada capaz de adquirir monitorizar processar e analisar dados referentes ao sistema propulsivo dos motores de UAV s O objectivo foi cumprido desenvolvendo o software SBE VIEW v 1 dotando a bancada de uma instrumenta o virtual tornando a mais eficaz e fidedigna 2 2 Caracteriza o dos Motores O motor um dispositivo que tem como objectivo movimentar um vei
19. tempo ligado indo a baixo consecutivas vezes Para al m disto a utiliza o de um starter para colocar o motor a funcionar iria numa trazer na fase de testes em T nel alguns problemas quanto sua acessibilidade Optou se por um motor el ctrico o AXI282014 este encontrava se dispon vel no momento para a realiza o de testes sendo caracter stico pela sua grande capacidade de bin rio aceitado desta forma h lices de dimens es consideradas Ap s a decis o da utiliza o do motor realizou se uma pesquisa de h lices suportados pelo mesmo a fim de realizar ensaios com h lices que tivessem determinadas caracter sticas entre elas Analisando as especifica es dadas pelo fabricante optou se pelo seguinte grupo de h lices APC 14x8 14x6 e 12x6 lembrando que o primeiro membro indica o di metro e o segundo o passo Este grupo foi escolhido segundo o principio de ensaiar h lices com o mesmo passo e di metros diferentes bem como di metros iguais e passos diferentes Escolhendo o Ensaio realizado ao H lice APC 14X6 para ilustrar a aplica o desenvolvida temos os gr ficos resultantes da an lise de dados efectuada pelo software 36 Cap tulo 5 Resultados Valida o 37 For a Terica Pritt Bin rio Toorico a Pr tico Petdecia Teoria Fritica ib 0 31 a 180 3 100 210 01 RPM RPI RPH FIGURA 4 1 Resultados dos Ensaios Est ticos Nos tr s gr ficos destinados an
20. 00 4900 B00 9000 7000 8000 9000 10000 FIGURA 4 3 Gr fico de Bin rio vs RPM Cap tulo 5 Resultados Valida o 39 05 03 Is 04 045 05 QE Qg 0 65 a 9 75 0 8 J FIGURA 4 4 Gr fico de Bin rio vs RPM A an lise de gr ficos neste painel feita de seguinte forma um gr fico para For a outro para Bin rio e um conjunto de tr s gr ficos estritamente relacionados com o desempenho de h lices contendo Coeficiente de For a Coeficiente de Pot ncia e a Efici ncia Relativamente aos gr ficos de For a e Bin rio verificamos uma boa evolu o nestes s o mostradas as curvas para as v rias velocidades ensaiadas Estas velocidades s o escolhidas pelo utilizador para que se possa tirar o maior partido da aplica o Verificamos que Conforme a Figura 4 3 para h lices de mesmo di metro a que possui o maior passo produz um maior Bin rio Tal facto deve se h lice de maior passo possuir maior ngulo de ataque o que faz com que cada sec o da h lice produza mais arrasto aumentando assim o Bin rio produzido Para h lices com o mesmo passo a de maior di metro produz maior Bin rio Na avalia o dos coeficientes verificamos que estes t m o andamento esperado no entanto ter emos de dar especial aten o ao Coeficiente de Pot ncia No decorrer dos ensaios foi se verificando que o comportamento do sensor de Bin rio estava a fugir um pouco ao espect vel Na medida em que o sensor bastante sens vel o
21. 000 W DW 0 000 2 70 0 578 1 088 0 00 Maw 04 0 05 0 00 1000 BANDO OM 5 WAO 0 085 0 000 TED TOME O 5 7 OO 0 785 0 102 0 000 2010 00 OO Di VM LH 008 0 00 MOORE 17 400 0 86 0121 0 000 1060 00 35 05 0 00 DA DA 4 DU 0 0 ADO LLM 1 39 VA G 0 102 ODM ID BR 0 00 A 0 732 DUE 0 0 190 000 1880 0 000 DM DES 0021 O MOMO BAILE A D O35 AE 0 000 18600608 C00 17 HOO TBM DICE 0 000 1960 00 DN OO DO 17400 0 325 0 072 0 000 190 00 15 25 0 000 IP 400 0 000 DIM 0 000 243 j AM 1 286 1 027 0 000 A rm 2 28 OB 0 000 TD A DAM LE OE 0 000 TOMO DOME a Ct MB CML DME Cm ME CM E E CS 06 Cm 80 OS 2 050 COM is OSS 104 C FIGURA 3 8 Apar ncia de um Ficheiro tipo txt Para a avalia o e processamento de dados foi criado um c digo em MATLAB que inserido dentro do software realiza o tratamento dos ficheiros apresentando gr ficos j com as devidas aproxima es e interpola es realizadas O pr prio c digo foi criado de forma a ser efectuada uma an lise quer de ensaios est ticos quer de ensaios em t nel O software tem como principal objectivo mostrar ao utilizador gr ficos j tratados contendo alguns deles curvas te ricas caracter sticas a fim de validar a automatiza o de todos os processos Vamos pegar no exemplo dos ensaios est ticos e ver o que um CLICK no BOT O ANALISAR DADOS nos pode oferecer A Figura 3 9 mostra os gr ficos projectados pelo programa
22. AT 3 1 2 Fontes de Alimenta o 2 2 0000 eee eee 3 1 3 Chassis NI PXI 1033 Series oo es 0 eesriie 3 1 4 Placa de Aquisi o Express Card 2 0000 3 2 Programa Desenvolvido 0 0000 pe ee 3 231 Aquisi o de Dados escia ee Bard ek ge ere ee ee a 3 2 1 1 Ensaios Est ticos aut a a a e E a a e A E 3 2 1 2 Ensaios T nel iis asa me a ad ne Bs aa a a ae ol a aa a aa 3 2 2 Controlo do Mecanismo Servo Motor o oaoa 3 2 3 An lise e Tratamento de Resultados o oo aa a 4 Resultados Valida o 4 1 Ensaios Est ticos 4 2 EnsaiosemTtinel 5 Conclus es 5 1 S ntese da Disserta o 5 2 Considera es Finais 5 3 Perspectivas de Investiga o Futura Bibliografia A Manual do Utilizador 23 25 26 26 27 29 29 31 31 32 36 36 37 Lista de Figuras 2 1 2 2 2 3 2 4 25 2 6 2 7 2 8 2 9 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 4 1 4 2 4 3 4 4 Motor El ctrico AXI282014 2 ee 9 Angulo de Ataque da p do h lice 2 2 ee 10 Sustenta o e Resist ncia ao Avan o 2 ee 11 For a Propulsiva e Bin rio 2 aaa 12 Varia o da Efici ncia do h lice com a velocidade de avan o 14 Exemplo de arquitetura de um instrumento virtual ooa 16 Componentes de uma Instrumenta o virtual oo 16 Plataformas de aquisi o de dados ooa 2 ee ee 17 cone disponivel no ambiente LabVI
23. EW ooon a 19 Placa de aquisi o de dados NI PXI 5105 oaaae 27 Placa de aquisi o de dados NI PXI 5421 nauau 27 Interface do utilizador Painel de CONFIGURA ES o oo aana 28 Interface do utilizador Painel de Ensaios Est ticos ooa 29 Interface do utilizador Painel de Ensaios em T nel nananana 29 Programa o de Controlo do Mecanismo Servo Motor 32 Exemplo da Selec o do n mero de p s do h lice o oo aaa 33 Apar ncia de um Ficheiro tipo txt 2 ee 34 Output da An lise de dados a Ensaios Est ticos oaoa 35 Resultados dos Ensaios Est ticos 2 ee 37 Gr fico de For a Propulsiva vs RPM sssaaa aaa 38 Gr fico de Bin rio vs RPM 2 2 2 ee 38 Gr fico de Bin rio vs RPM oe esea See e 20 a p a an ee 39 vii Abreviaturas AFA ANTEX M FAP FEUP IAI LabVIEW NASA PITVANT RPM UAV Academia da For a A rea Aeronave N o Tripulada EXperimental Militar For a A rea Portuguesa Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Israel Aircraft Industries Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench NATIONAL Aeronautics and Space Administration Projecto de Investiga o e T cnologia em Ve culos A reos N o Tripulados Rota es Por Minuto Unmanned Air Vehicle viii Cap tulo 1 Introdu o 1 1 Introdu o O desenvolvimento tecnol gico tem provocado grandes avan os no campo da instrumenta o quer na sua aplica o a test
24. O diagrama de blocos pode ser considerado de uma forma tosca a traseira do painel frontal O LabVIEW aloca nesta sec o o tempo e a ordena o de opera es entre os controladores e indicadores da mesma forma como se realiza em programa o convencional As representa es gr ficas das fun es contidas no diagrama de blocos de um VT podem ser opera es matem ticas l gica ou estruturas de programa o while loop for loop case structure etc Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados O programa SBE VIEW v 1 foi concebido para o uso em experimenta o de bancos de ensaio Desenhado e criado para operar no banco de ensaios BE 010 A possibilidade de controlo do motor no que respeita ao seu regime traz benef cios ao utilizador Atrav s deste poder obter de forma autom tica a monitoriza o de par metros directos como For a Bin rio Caudal Velocidade Rota cional que adv m dos sensores ao dispor do BE 010 De salientar par metros resultantes de ensaios est ticos e em t nel vertentes do programa que permitem o estudo detalhado de motores e h lices no mbito do desenvolvimento de aeronaves n o tripuladas 3 1 Componentes Fis cos so Sistema Os componentes f sicos do Software da aplica o criada dividem se nos seguintes grupos a saber e Sensores e Mecanismo Servo motor e Equipamento de Medida e Processamento de sinal Chassis NI PXI 1033 Series Placa de aquisi o NI
25. O nas setas correspondentes a cada uma das op es poder selec cionar as caracter sticas do h lice que ir testar 3 CONFIGURA O DO MOTOR Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 34 Aqui temos apenas dois par metros a definir relacionados com o motor a saber a denomina o do modelo a testar e o seu tipo de funcionamento nomeadamente se de combust o ou el ctrico C digo em MATLAB Proveniente desta configura o e da grava o de dados ap s a realiza o de um ensaio o pro grama retorna um ficheiro formato txt a rir Ft mao dor jude io de Ensaio Motor Tipo de Notar lice N P s Danco Fasso Sentido Deidade do 1 ANU domo 2 H i b IB barittiataikbty ane dd 4 velocidade orca stndrio caudal om pot ncla up her lmenco raz o de avan o coeficiente de mt rcia Coeficiente de Trac o e A AML OAM QUO A U0 DAE 0 03 AB 0 00 PAO 927 0104 0 000 0 000 2 653000 0 286 0 730 407 0 000 DM I 0 208 0 000 0000 AMD EE 0 665 0 07 0 0 17 AUG 88 0 038 0 000 EMO LO DME O CEO 1 060 COM DM AD MS 0 0 AMD D 0000 DAI GEN 1 05 0 000 17400 0 605 0 102 0 0 1960 00 ABAN 0 6 OE 206 C000 PA DA DURE 0 000 1060 00 DAR GE ME 000 PAM L LUS 0 09 100 00 dW 0 666 LW CO 17 400 0 088 0 008 0 000 1960 00 a OEM 2 053 0 000 tr do 0 125 0 058 0 000 2010 00 JW CO 17400 0 46 0 081 0 000 2010 00 UM CEO 1 087 CW 17 OD 1 268 0 075 o 198000 15 504 0 000 1 700 657 4 080 CM PAM 0 253 1 005 0
26. PXI 5105 Placa de aquisi o NI PXI 5421 Express Card 8360 22 Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 23 e Fontes de Alimenta o e Computador 3 1 1 Sensores Os sensores utilizados s o provenientes da aplica o da bancada BE 010 ainda quando esta op erava com instrumenta o tradicional Transpostos agora para esta aplica o funcionar o da mesma forma que anteriormente isto por serem sensores com uma grande capacidade de adaptabilidade mostrando que a sua escolha foi adequada Contamos assim com tr s diferentes sensores 1 Sensor de For a e Bin rio M 2396 Este apresenta se com as seguintes caracter sticas Modelo M 2396 Construtor Lorenz Messtechnik Capacidade 500 N 50 N m Excita o 2 12 V Sinal de sa da 1 mV V O sensor combinado de dois par metros exerce um papel fundamental no banco de ensaios atrav s dele que se obt m n o s par metros directos do sistema como dedu es que resultam em novos par metros de desempenho do sistema propulsivo No que refere a este processo de aquisi o de For a e Bin rio tiveram de ser incorporadas f rmulas e processamentos a fim de obter um resultado fidedigno Na instala o do sensor na bancada verificou se que o grupo propulsor nele instalado gerava por si s um momento residual Deste modo obteve se uma equa o de convers o do sinal el ctrico para valores de Bin rio resultando nomeadamente em B
27. RES TRL td a ATE DIM FIGURA 2 3 Sustenta o e Resist ncia ao Avan o 2 A for a propulsiva definida como a componente perpendicular ao plano de rota o e resulta da soma da projec o da sustenta o e resist ncia aerodin mica no eixo da for a propulsiva Esta varia ainda ao longo de cada p reduzindo se na ponta onde as press es est ticas entre o intradorso e o extradorso do perfil se aproximam e junto raiz onde a velocidade de rota o mais baixa Do ingl s Lift 5Do ingl s Drag Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 12 FOR A PROPULSIVA NGULO DE ATAQUE FOR A RESISTENTE PAM BE DOTA O DS R LICE FIGURA 2 4 For a Propulsiva e Bin rio 2 Por sua vez a for a resistente respons vel pelo bin rio exigido ao motor resulta da soma das componentes da sustenta o e resist ncia na direc o paralela ao plano de rota o do h lice Figura 2 4 A distribui o desta for a resistente FRES ao long da p e a correspondente dist ncia ao eixo de rota o do h lice b determina o momento M que ter de ser vencido pelo bin rio debitado pelo motor e que pode ser calculado por M FRES xb 2 6 A for a propulsiva gerada pelos h lices pode ser determinada atrav s de c lculos No entanto esta forma um pouco complexa obrigando ao conhecimento de caracter sticas espec ficas Existem por m modelos simplificados que permitem calcular de forma r
28. UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR Desenvolvimente de Software em LabVIEW para Banco de Ensaios de motores de UAV S SBE VIEW v 1 por Iolanda Maria Dinis Torrinha orientado por Professor Doutor Jos Manuel Mota Louren o da Sa de Cap EngAer Carlos Pereira da Silva Engenharia Aeron utica Departamento de Ci ncias Aeroespaciais Covilh Outubro 2010 UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR Desenvolvimente de Software em LabVIEW para Banco de Ensaios de motores de UAV S SBE VIEW v 1 por Iolanda Maria Dinis Torrinha orientado por Professor Doutor Jos Manuel Mota Louren o da Sa de Cap EngAer Carlos Pereira da Silva Engenharia Aeron utica Departamento de Ci ncias Aeroespaciais Covilh Outubro 2010 Aos meus Pais Resumo O continuo crescimento e desenvolvimento no mbito da investiga o de aeronaves n o tripu ladas tem contribu do para suprimir algumas dificuldades at aqui encontradas nomeadamente no que se refere a testes ao grupo Propulsor das aeronaves No Laborat rio de Aeron utica da Academia da For a A rea Portuguesa AFA a procura em torno dos UAV s faz se notar cada vez mais criando estruturas infra estruturas e projectos de suporte sua investiga o A aus ncia de capacidade ao n vel de estudos do Sistema Propulsivo das aeronaves j existentes nomeadamente o Antex M X022 tem vindo a nutrir a necessidade de uma evolu o neste campo Desde o in cio de 2010 que o Pro
29. a o tradicional Na actualidade j existem linguagens mais vocacionadas para este tipo de aplica es nomeadamente JavaScript Borland C Builder Visual Basic Lab VIEW entre outras A linguagem Labview hoje a mais utilizada na instrumenta o virtual por proporcionar ao utilizador um ambiente gr fico que combina com uma programa o flex vel Aqui os diagramas de bloco mostram a l gica implementada para o desenvolvimento de um determinado problema implementando uma determinada rotina Linguagem desenvolvida pela Netscape Comunications e pela Sum Microsystems Inc linguagem desenvolvida na decada de 1980 por Bjarne Stroustrup nos Laborat rios Bell Programa o visual de alto n vel tendo sido desenvolvida pela Microsoft para a cria o de aplica es baseadas no Windows Linguagem de programa o gr fica criada pela National Instruments para o desenvolvimento de Instrumentos virtu ais Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 20 2 4 3 2 Labview Linguagem Escolhida Inicialmente o LabVIEW foi desenvolvido pela National Instruments para automatizar apli ca es de instrumenta o referentes a in meras reas da engenharia aplicadas a laborat rios vir tuais 6 Ap s alguns desenvolvimentos e ao final de algum tempo a National Instruments resolve ent o desenvolver uma programa o gr fica baseada em diagramas de blocos que consistem princi palmente em ferramentas que os utilizadores usuai
30. a caracteriza o dos h lices tiveram especial aten o nesta sec o A instrumenta o desenvolvida permitir n o s avaliar as caracter sticas do motor mas tamb m efectuar um estudo do h lice apropriado para o motor a ensaiar validando a utiliza o da aplica o O h lice converte a energia mec nica proveniente do motor em For a Propulsiva Esta For a Propulsiva dada pelo par metro T pode ser deduzida pela seguinte equa o T Q x Vinic Vem 2 3 Onde T For a Propulsiva N Q Caudal de Combust vel Kg s Vinic Velocidade Inicial m s e Vfin Velocidade final m s 3Do nome em ingl s Trust Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 10 Consoante a coloca o do h lice na aeronave e o sentido para o qual o ar direccionado o h lice pode ser chamado de tractor ou propulsor Os h lices tractores s o os que direccionam o escoamento no sentido do motor denominando se as h lices nele aplicadas de puxa Os outros h lices denominados de empurra direccionam o ar no sentido contr rio Outros pontos caracterizam os h lices n o s o sentido do escoamento de ar mas outros como a efici ncia Assim sendo ser explicado de uma forma mais aprofundada as caracter sticas princi pais do desempenho de h lices Come ando por esclarecer alguns conceitos temos e ngulo da P ou Passo ngulo entre a corda da p e o plano de rota o do h lice A medida deste ngulo dada por refe
31. ados que levam presen a de ferramentas associadas a diversos tipos de sistema desenvolvidos pelo homem Na ind stria da avia o s o in meros os utilizadores da instrumenta o virtual que 1 Acr nimo de Personal Computer O primeiro PC foi lan ado pela IBM em 1981 Depois vieram os XTs 286s 386s at chegar nos dias de hoje 2Computador port til que possa ser transportado com facilidade Cap tulo 1 Introdu o 2 exploram desde simuladores de voo a software altamente especializado utilizado em manuten o e opera o de aeronaves 1 2 Contextualiza o N o s a evolu o da instrumenta o tem caminhado nestes ltimos anos muitos desenvolvi mentos se t m alcan ado atrav s da evolu o tecnol gica Nos ltimos anos e em crescente escala a actividade a rea internacional tem recorrido aos UAV s v rias organiza es t m se destacado no desenvolvimento de UAV s nomeadamente a NASA a IAI entre outras tendo esta pesquisa se expandido a outros pa ses Na actualidade existem mais de duas centenas de UAV s e in meras na es equipadas com estes meios que visam fornecer uma fonte inesgot vel de solu es acess veis e f ceis de integrar De forma a facilitar o desenvolvimento de novos sistemas t m se criado condi es para a r pida industrializa o de produtos e servi os que venham a ser desenvolvidos Em Portugal os UAV s tanto em aplica es civis como militares t m vindo
32. ados a con hecer os gr ficos de output do sistema explicando as suas diversas caracter sticas Os mesmo foram objecto de discuss o tendo como finalidade a sua valida o 5 2 Considera es Finais Com este trabalho foi poss vel mostrar os resultados de um projecto desenvolvido com o soft ware LabVIEW8 5 direccionado aquisi o tratamento e armazenamento de dados poss vel citar algumas das vantagens do uso desta ferramenta de aquisi o e tratamento de dados a possi bilidade de monitorizar pontos em simult neo e tamb m a possibilidade de gravar dados contidos 41 Cap tulo 5 Conclus es 42 em arquivo para uma posterior an lise no pr prio software atrav s da utiliza o de um c digo em MATLAB Desta forma o utilizador poder dar especial aten o ao processo que com a aplica o de instrumenta o virtual se tornou numa ferramenta mais concisa e f cil de operar importante salientar que a aplica o permitiu n o s o conhecimento de par metros do motor testado como a sua compara o com estudos j desenvolvidos Esta ap s an lise possibilitou validar a aplica o do sistema verificando o seu sucesso de aplica o Pode se concluir que o trabalho foi pensado e desenvolvido com sucesso permitindo avan ar no desenvolvimento de Bancos de Ensaios na Academia da For a A rea Esta evolu o ser uma mais valia n o s na inspec o peri dica realizada s plataformas existentes
33. anexo alguns gr ficos tabelas imagens e outros dados complementares de ndole informativa Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 2 1 Bancos de Ensaio A utiliza o de Bancos de Ensaios de extrema import ncia no que se refere ao sistema Propul sivo das aeronaves Estes poder o efectuar ensaios em v rios per odos da vida de um motor A sua utiliza o poder n o se direccionar apenas a motores operacionais poder tamb m numa fase de projecto ser bastante importante na escolha do grupo Propulsor Independente da fase em que estes s o testados o objectivo mantido assegurar a sua operacionalidade na miss o a que se destina As estruturas capazes de promover esta an lise detalhada s o vari veis consoante o motor e os par metros que nele queiramos que sejam avaliados A realiza o de testes a motores permitir uma avalia o podendo ser detectadas avarias ou baixos desempenhos A realiza o de ensaios aos motores pode ser efectuada de in meras formas Cada bancada de testes destinada a uma gama de motores sendo os par metros a avaliar espec ficos para cada um deles podenso numa fase de projecto determinar par metros como o desempenho a durabilidade e a fiabilidade da sua furura aplica o O banco de ensaios constitu do pela infra estrutura de ensaios e pelo local destinado ao seu controlo A infra estrutura de ensaios subdivide se em tr s reas principais a rea de ensaios a rea de admiss
34. ardar e Guardar dados e Gravar dados O intuito do bot o APAGAR GR FICOS o de eliminar quaisquer pontos indesejados nos gr ficos A partir de um momento em que o programa se encontra em modo de leitura poder querer fazer mais do que um ensaio assim sem ter que parar o sistema poder apagar os dados do ensaio anterior isto referente a dados de imagem O tratamento de dados composto por um bot o designado por ANALISAR DADOS este tem a fun o de analisar os dados de um ensaio que tenha sido acabado de realizar importante salien tar que esta an lise de dados s poder ser feita ap s ter realizado a grava o dos mesmos Nesta segunda zona temos tamb m a presen a de um bot o STOP que suspende a leitura do programa no entanto aconselh vel que execute a paragem do programa no menu principal do LABVIEW Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 31 A terceira zona caracterizada pelas imagens de gr ficos Estes oferecem uma actualiza o em tempo real servindo para compreender o progresso dos par metros ao longo do decorrer do ensaio Desta forma poderemos n o s fazer uma avalia o critica do desenvolvimento das curvas como entender se os seus valores s o os espect veis Disp e de cinco gr ficos nomeadamente For a Propulsiva vs RPM Bin rio vs RPM Pot ncia vs RPM Caudal vs RPM e por fim Cp consumo especifico de combust vel vs RPM O painel conta ainda com a presen a
35. ca o definem o conceito de ins trumenta o virtual Um instrumento virtual composto por alguns perif ricos espec ficos um computador de uso geral um software de desenvolvimento adequado e o conhecimento espec fico da aplica o desejada 5 De uma forma geral podemos considerar um instrumento virtual como a reuni o de tr s compo nentes essenciais computador equipamento de aquisi o e equipamento de comando A rela o entre ambos torna poss vel ao utilizador operar e controlar o seu sistema atrav s apenas de uma interface gr fica proporcionada pelo software Esta interface composta por gr ficos mostradores bot es displays etc uma variedade de objectos din micos todos sob o controlo do utilizador Com a aplica o desta interface podemos suprimir ou alargar as funcionalidades de um instrumentos Por exemplo no caso de um sensor se este for de temperatura podemos conceber um painel de dispositivos que realize a leitura de temperatura mas n o s O software poder n o s realizar a leitura de par metros directos como de todos o que deles adv m O conceito de instrumenta o virtual consiste na cria o de um software que incorpore instru mentos tradicionais onde possam ser geridos recursos e aplicativos De uma forma gen rica os instrumentos virtuais re nem os seguintes elementos Computador Placa de aquisi o de dados Sensores Software desenvolvido para a instrumenta o
36. combust vel consumido em Kg s e outra relativamente ao volume consumido em m3 s esta pode ainda ser representada em l min Estes e outros par metros permitem efectuar uma avalia o vantajosa para quem os utiliza No desenvolvimentos deste trabalho estes foram os par metros utilizados ou melhor dizendo os adquiridos de leituras directas pois outros par metros foram tamb m objectivo de estudo Existem tamb m os motores el ctricos sendo estes destinados a transformar energia el ctrica em mec nica E o mais usado de todos os tipos de motores pois combina as seguintes vantagens e Energia el ctrica e baixo custo e facilidade de transporte 2Sistema Internacional de Unidades Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 9 e limpeza e facilidades de comandos e simples constru o Todas estas associadas a uma grande versatilidade de adapta o a cargas dos mais diversos tipos atingindo inumeros rendimentos Tomando em considera o estes motivos optou se pela realiza o de ensaios de valida o utilizando um motor el ctrico da empresa AXI FIGURA 2 1 Motor El ctrico AX 282014 2 3 Import ncia e Caracteriza o do Desempenho de H lices Na concep o do software de aquisi o de dados foi de substancial relevo ter em mente par met ros e caracter sticas do desempenho de h lices Sendo os ensaios em t nel um ponto forte da instrumenta o desenvolvida as for as aerodin micas envolvidas n
37. culo ou outro tipo de mecanismo Os motores mais comuns s o os de combust o interna no entanto existem variad ssi mos tipos de motores cada um com as suas especifica es caracter sticas No trabalho desenvolvido o motor usado foi um do tipo el ctrico cuja descri o detalhada se encontra mais frente A caracteriza o dos motores pode ser feita com base em diferentes par metros sendo usual mente mais utilizados os seguintes Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 8 e Pot ncia e Bin rio e Velocidade Rotacional e Consumo de Combust vel entre outros Come ando por analisar a pot ncia esta uma grandeza f sica definida como a quantidade de trabalho produzido por unidade de tempo a sua formula dada por o Bx 9 549 P 2 1 Onde B Bin rio N m e VelocidadeRotacional RPM A unidade de medida da Pot ncia no SI o Watt W sendo tamb m normalmente utilizada a medi o em cavalos vapor HP Para realizar a convers o para a unidade de cavalos vapor HP utiliza se o seguinte c lculo Pyp P x 0 001341 2 2 O bin rio traduz a capacidade de rota o do veio do motor este habitualmente relacionado as RPM do motor a sua unidade de medi o no SI o N m O consumo de combust vel a quantidade de combust vel que o motor consome por unidade de tempo neste par metros segundo o sistema internacional podemos ter duas unidades de medida uma relativa massa de
38. de explora o espacial 4Acr nimo de Israel Aircraft Industries reconhecida mundialmente como lider no desenvolvimento de tecnologia aeron utica militar e comercial Cap tulo 1 Introdu o 3 1 3 Motiva o A opera o destas plataformas exige todo um conjunto de factores que garantem a sua opera cionalidade com sucesso A componente propulsiva revela se de extrema import ncia quando se fala de operacionalidade No que respeita ao projecto preliminar primordial conhecer os compo nentes apropriados bem como assegurar que a selec o feita de forma adequada Actualmente na Academia da For a A rea encontram se em desenvolvimento alguns programas e projectos onde se salienta o projecto PITVANT iniciado em 2009 e que conta com a colabora o da FEUP No mbito deste projecto desde in cio de 2010 que o Laborat rio de Aeron utica da Academia da For a A rea conta com uma bancada de testes para motores de UAV s com a finalidade de suprimir a car ncia existente ao n vel de testes ao Sistema Propulsivo das aeronaves A bancada de testes denominada BE 010 embora colmatando algumas das necessidades existentes mostra se ainda pouco desenvolvida no que se refere sua operacionalidade Sendo provida de uma instrumenta o tradicional onde o Oscilosc pio ocupa o principal papel na aquisi o de dados 1 4 Objectivos e Metodologia O presente projecto teve como finalidade o desenvolvimento de um programa
39. do como um tipo de barramento entre computadores ou computadores e elementos perif ricos Este tipo de comunica o pode ser s ncrona ou ass ncrona embora tenham como caracter stica conjunta a taxa de transfer ncia paridade e informa es de con trolo Estes par metros t m de ser iguais tanto no emissor como no receptor do sistema O padr o RS 232 adoptado pela Electrical Industries Associaction dos Estados Unidos carac teriza linhas espec ficas e caracter sticas de sinais usados pelos controladores de comunica o serial com o intuito de padronizar a transmiss o de dados seriais entre equipamentos e Ethernet baseia se num padr o IEEE 802 3 tendo um tipo de barramento especifico tem como suporte a forma de acesso conhecida como CSMA CD para gerir o tr fego nas linhas de comunica o A informa o transmitida em diferentes quadros que cont m informa o sobre o controlo esta pode ir at aos 1 500 bytes Este tipo de barramento pode ministrar at 10 milh es de bits segundo e USB Universal Serial Bus caracteriza se pela largura de banda de 1 5 megabits por se gundo Mbps destinando se a barramentos seriais entre microcomputadores e sistemas per if ricos Este pode acoplar at 120 perif ricos de aquisi o medida e controlo fornecendo suporte a conex es autom ticas e multiple data streams 2 4 3 Desenvolvimento do Software A cria o de novos softwares tem contribu do no avan o dos instrumentos
40. e ensaios 1 Estas permitem resultados fidedignos e confi veis para aplica o 2 1 1 Bancos de Ensaio Existentes na For a A rea Portuguesa Existem actualmente dois bancos de ensaios a operar na For a A rea ambos com aplica o espec ficas a uma gama de motores Um deles realiza ensaios ao motor Pratt Whitney F100 PW 220 que equipa a aeronave F 16 e o outro destina se ao motor TURBO FAN LARZAC 04 C20 que equipa o Alpha Jet Desde o in cio do programa F 16 em 1994 que a For a A rea Portuguesa tem a capacidade para efectuar testes aos motores Pratt Whitney F100 PW 220 possuindo para o efeito uma bancada proveniente da USAF Este banco de ensaios tem como objectivo efectuar testes condi o do motor seguindo escrupulosamente todas as ac es de manuten o para ele agendadas Como habitual em algumas bancadas existem procedimentos a cumprir consoante a inspec o a realizar 1 Acr nimo de United States Air Force Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 7 Sendo o mais comum a realiza o de testes no banco de ensaios tamb m poss vel proceder realiza o de testes sem retirar o motor da aeronave fixando a ao solo No respeitante ao banco de ensaios constru do para utiliza o na Base A rea n 11 em Beja para os motores do Alpha Jet esta comporta se de forma similar anterior nos referidos par metros At Mar o de 2010 estas eram os nicos bancos de ensaio a operar na For a A
41. entradas ou sa das anal gicas bem como digitais temporizadores e filtros A oferta de placas e dispositivos dispon veis grande podendo tornar dif cil a sua escolha Dev er o ser tomadas em considera o algumas vantagens e desvantagens sendo a sua selec o feita com base em diferentes par metros nomeadamente pre o ru do taxas de aquisi o pretendidas capacidade de expans o etc Utilizando um computador de mesa de suporte para o software a sua compatibilidade com sis temas de aquuisi o de dados bastante abrangente aceitando todos os tipos de placas de aquisi o de dados com slot tipo PCI No entanto para al m destas plataformas existem outras como os m dulos PXI CompactPCI plataformas de aquisi o distribu da e plataformas port teis USB e PCM CIA Os m dulos PXI CompactPCI s o plataformas de aquisi o de dados robustas que possuem um computador dedicado para combina es entre os dispositivos de aquisi o A plataforma de dados distribu dos baseia se em m dulos de entrada e sa da de dados Por fim as plataformas port teis possuem comunica o via USB ou PCMCIA podendo trabalhar com notebook ou PDAs A figura mostra algumas destas plataformas USB DAQ NlCompactDAQ PCland PCI Express CompactRIO PXI and PX Express FIGURA 2 8 Plataformas de aquisi o de dados 5 2 4 2 2 Controlo de Mec nismos O principal objectivo da instrumenta o virtual poder contrular ins
42. es quer nas medi es e sua automa o O conceito de instrumenta o virtual sofreu um enorme avan o atrav s da ubiquidade do PC O surgimento deste conceito introduz in meros benef cios para quem procura um aumento de produtividade exactid o e de sempenho A instrumenta o tradicional at aqui utilizada era projectada para executar tarefas especifi cas definidas pelo fabricante limitando desde in cio a implementa o de outras funcionalidades Assim todas as teclas controlos circuitos internos e fun es dispon veis s o espec ficas limitando a natureza do instrumento resultando em instrumentos caros e pouco adapt veis a outras aplica es A especificidade dos controlos circuitos internos e fun es dispon veis ao utilizador limitavam a natureza do aparelho gerando um instrumento dispendioso e pouco vers til a outras aplica es Neste contexto os instrumentos virtuais beneficiam das ltimas tecnologias incorporadas nos PC s com a inclus o de processadores mais velozes e sistemas operacionais com in meros recur sos bem como o acesso a ferramentas fundamentais como a internet Outra vantagem destes ins trumentos virtuais a f cil e c moda utiliza o j que ao serem inseridos em qualquer notebook se tornam acess veis na utiliza o e na desloca o Existem facilidades provenientes da utiliza o de sistemas de aquisi o e tratamento de dados por meio do uso de hardware e software apropri
43. extualizacao acids rs ess TE rd nee er ed ee eas 2 153 SMOUVACAO sa HBR NS aha Heer 28 OA Dito Gn EE Ee he ee ok 3 1 4 Objectivos e Metodologia 2 2 00 0020 2 eee ee ee 3 2 Revis o Bibliogr fica 5 2 1 Bancos de Ensaio dae persa as WE aaa Bong eae DE a RE a 5 2 1 1 Bancos de Ensaio Existentes na For a A rea Portuguesa 6 2 1 2 Bancos de Ensaio e Instrumenta o Virtual 7 2 2 Caracteriza o dos Motores 2 a 7 2 3 Import ncia e Caracteriza o do Desempenho de H lices 9 2 3 1 For as Aerodin micas no H lice 2 2 2 eee 11 2 3 1 1 Efici nciado H lice 2 a a e a a E e ee 13 2 3 1 2 Varia o da efici ncia do h lice com a Velocidade de Avan o 13 2 4 Instrumenta o Virtual 2 ee 14 2 4 1 Instrumenta o Virtual Conceito 2 2 2 2 2 2 000000 15 24 2 Dispositivos de Aquisi o e Controlo de Dados 15 2 4 2 1 Aquisi o de dados 0 000000 16 2 4 2 2 Controlo de Mec nismos 00 17 24 3 Desenvolvimento do Software 0 000000 18 2 4 3 1 Linguagem de Programagi o 19 2 4 3 2 Labview Linguagem Escolhida 20 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 22 3 1 Componentes Fis cos so Sistema 00 0000 eee ee 22 Lista Geral vi Sola SENSES sais caraio ce sh ke ATE ah ok we do O WN a A ge ok Be ok
44. facto da trepida o provocada pelo escoamento na estrutura faz com que a sua aquisi o n o seja t o precisa de salientar que sendo um sensor comum a duas grandezas tal acontecimento foi apenas verificados com o Bin rio Sendo o par metro Bin rio utilizado para o calculo da pot ncia esta tamb m sofrer altera es Cap tulo 5 Resultados Valida o 40 Uma forma de verificar o comentado pelo facto dos pontos a vermelho no gr fico que repre sentam os dados adquiridos estarem mais longe da linha de tend ncia devido maior imprecis o do sensor Este regista pontos de uma forma mais oscilat ria basta comparar com o gr fico do coeficiente de for a Cap tulo 5 Conclus es 5 1 S ntese da Disserta o Com este trabalho pretendeu se desenvolver um software de controlo e aquisi o de dados baseado em Instrumenta o virtual aplicado ao Banco de Ensaios BE 0 0 existente na Academia da For a A rea Portuguesa Para tal no segundo cap tulo introduziu se o conceito de instrumenta o virtual programa o gr fica bem como as suas aplica es na actualidade No terceiro cap tulo mostrada a forma como foi desenvolvido todo o sistema e a interface que dele resultou S o dados a conhecer todos os componentes intervenientes no processo com os seus princ pios de funcionamento vantagens e aplica es No quarto cap tulo apresentou se os resultados da valida o do sistema Foram d
45. iza o de fita reflectora Verificou se que o sensor n o era fi vel na realiza o das medi es das RPM sem a utiliza o da mesma pois apresentava falhas na detec o mesmo com o h lice bastante pr ximo 3 Sensor de Caudal Caracter sticas e Modelo OM004 e Construtor Flowtechnik e Capacidade 0 05 0 6 l min Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 25 e Tens o de Excita o 5 24 V e Sinal de Sa da Impulsos O sensor de caudal funciona segundo o princ pio de impulsos como o sensor anterior na pro grama o do software foi tamb m necess rio aplicar um filtro passa baixo de 10 Hz uma vez que a frequ ncia esperada para o caudal m ximo inferior A transforma o para unidades de caudal feita atrav s da seguinte formula 0 00036x60 3 4 em que o valor de 0 00036 corresponde ao combust vel que atravessa o sensor por cada impulso registado e 60 refere se convers o para minutos obtendo um consumo em Its min 3 1 2 Fontes de Alimenta o As fontes de alimenta o utilizadas poder o ser de qualquer marca ou modelo Apenas ter o de suportar a liga o de quatro mecanismos tr s destinados aos sensores e um para o mecanismo servo motor Todas as alimenta es el ctricas a realizar est o entre os 5 e os 24V pertencendo esta ao caudal metro importante salientar que o recinto dever estar dotado de tomadas de tens o el ctrica monof sicas de 220V
46. jecto conta com uma Bancada de Testes designada por BE 0 0 operando ainda com uma instrumenta o tradicional O objectivo deste trabalho consiste na cria o de um programa integrado e flex vel baseado em LabVIEW 3 aplicado aos sensores existentes na BE 010 permitindo a evolu o para uma instrumenta o virtual no processamento e aquisi o de dados bem como no controlo do regime dos motores a testar O software evidencia se por fazer uma aquisi o directa de par metros como For a Propulsiva Bin rio Caudal RPM como ainda permite a avalia o do desempenho de h lices abordando par metros como o Rendimento Para que o programa desenvolvido pudesse ser validado como capaz de processar toda a automa o envolvente num teste foram realizados Ensaios Est ticos e Ensaios em T nel De forma a permitir a correcta utiliza o do programa desenvolvido o trabalho de mestrado foi completado com a constru o de um Manual do Utilizador que enumera regras de seguran a o processo de instala o utiliza o e a execu o de testes Palavras chave Instrumenta o Virtual LabVIEW Bancos de Ensaios Ve culos a reos n o tripulados desempenho de h lices 1 Acr nimo de Unmanned Air Vehicle Aeronave n o tripulada 2Modelo da plataforma que se encontra no momento ao abrigo do projecto PITVANT 3Acr nimo de Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench uma linguagem de programa o gr
47. lise dos par metros de For a Bin rio e Pot ncia temos a com para o entre curvas te ricas e curvas pr ticas A sua correspond ncia vis vel em todos os gr fi cos comprovando a coer ncia de dados entra valores te ricos calculados atrav s das equa es de 4 e 4 A For a Trac o m xima foi obtida com a h lice 14x6 n o sendo a diferen a para os outros h lices significativa A h lice 14x6 que possui um passo menor e um di metro maior con segue alcan ar rota es menores E entre h lices de mesmo di metro 14x6 e 14x8 na de menor passo conseguem se obter rota es maiores A h lice que consegue atingir maior rota o a de menor di metro 4 2 Ensaios em T nel Realizando Ensaios no T nel de vento mostram se os resultados da avalia o do mesmo h lice agora na presen a de escoamento Os testes foram realizados segundo o conceito de Velocidade Vari vel ou seja a velocidade foi sendo alterada no dispositivo do t nel especifico para o efeito e com RPM constantes foram sendo verificados os par metros As velocidades ensaiadas est o compreendidas entre os 10 a 25 m s baseadas nas velocidades de plataformas que suportam este tipo de grupo propulsivo Posto isto a an lise de dados resultou nos seguintes gr ficos Cap tulo 5 Resultados Valida o 38 4005 2500 5 Bis ao Bois 7000 Boi 6005 TODO RPM FIGURA 4 2 Gr fico de For a Propulsiva vs REM 0 1000 2000 30
48. o da grandeza que est a ser medida Estes Mostradores poder o ser ainda divididos em dois grupos Grupo 1 FOR A PROPULSIVA E BIN RIO Este grupo para al m de possuir os displays como os restantes conta ainda com a presen a de Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 30 e Uma escala pr pria denominada ESCALA DO MOSTRADOR para cada um dos mostradores Permite de uma forma mais eficaz mesmo no decorrer de um ensaio alterar a escala do mostrador e Uma escala pr pria denominada ESCALA DO MOSTRADOR para cada um dos mostradores Permite de uma forma mais eficaz mesmo no decorrer de um ensaio alterar a escala do mostrador e Bot o denominado de ZERO DA FUN O este tem como fun o ajustar a zero das fun es antes de iniciar os ensaios Este foi criado com o intuito de garantir que a fun o que processa o sinal de For a Propulsiva e o de Bin rio se encontra a zeros garantindo maior rigor nos resultados Grupo 2 CAUDAL E RPM Este grupo semelhante ao anterior apenas se distingue pelo facto de n o conter Escala Pr pria nem Zero Uma segunda zona de divis o deste painel de CONFIGURA ES respeitante configura o dos ensaios bem como gest o e o tratamento de dados Relativamente a configura o dos ensaios esta destina se a especifica o a par metros como RPM m nimo No que respeita ger ncia de dados temos 4 bot es que delimitam 3 diferente tarefas e Gu
49. pida a for a propul siva e o bin rio exigido em regime estacion rio Existem in meros calculadores a realizar simu la es de ensaios est ticos o que se segue adaptado a unidades do Sistema Internacional 1 e 3 Neste caso a For a Propulsiva Est tica T dada por T 2 2672 x 1075 x RPM x D xp 2 7 Onde T For a Propulsiva N Densidade do ar Kg m3 e D Di metro do h lice m De forma similar tamb m poss vel calcular a Pot ncia P necess ria para colocar o h lice em andamento a uma determinada velocidade Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 13 P 5 0419 x 10 7x RPM x D x p 2 8 Onde P Pot ncia W e p passo m 2 3 1 1 Efici ncia do H lice A efici ncia ou tamb m chamado de rendimento de um h lice 7 a sua principal caracter stica caracterizando a transforma o de pot ncia disponibilizada pelo motor em for a propulsiva Esta dada pela seguinte formula a oh Paisp n 2 9 Onde T For a Propulsiva N V Velocidade de Avan o m s e P Pot ncia disponivel ou pot n cia ao veio W 2 3 1 2 Varia o da efici ncia do h lice com a Velocidade de Avan o Considerando um caso gen rico h lice de passo fixo e RPM s constantes a efici ncia ir variar consoante a velocidade de avan o Esta varia o d se da seguinte forma e medida que a velocidade de avan o aumenta o ngulo de ataque da p diminui diminuindo assim a for a prop
50. r imental que se queria seguir Para que esta instrumenta o seja bem sucedida o programa dever realizar as seguintes tarefas e Aquisi o dos sinais de tens o emitidos pelos sensores fazendo as respectivas convers es para valores reais e C lculo da Pot ncia Efici ncia Coeficiente de Pot ncia e o Coeficiente de Trac o segundo as leis e formulas introduzidas e Capaz de controlar o mecanismo servo motor ou em caso de motores el ctricos o variador de sinal proporcionando o total controlo do motor a ensaiar e Amostragem de valores em tempo real de par metros como a For a propulsiva Bin rio e RPM e Capaz de guardar e gravar dados e Capaz de produzir se solicitado uma an lise de resultados O c digo gerado possui uma interface com o utilizador dividida em tr s partes Configura es Ensaios est ticos e Ensaios em T nel As Figuras 3 3 3 4 e 3 5mostram as partes referidas anteri ormente Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 29 te Tools Ardas Lels TERES FIGURA 3 5 Interface do utilizador Painel de Ensaios em T nel 3 2 1 Aquisi o de Dados 3 2 1 1 Ensaios Est ticos O painel destinado a Ensaios Est ticos dividido em tr s zonas principais A primeira destina se aos Mostradores rel gios estes mostram a evolu o dos par metros ao longo dos ensaios pos suindo cada um deles um display onde visualizado o valor num ric
51. r ncia a 75 da corda contados da raiz uma vez que existe tor o da p ao longo da envergadura Existem dois tipos de passo o geom trico e o efectivo resultando a diferen a entre ambos no Desvio do h lice ngulo de Ataque este o ngulo criado entre a corda e o fluxo relativo de ar Este par metro resultante da velocidade tangencial do h lice e da velocidade de avan o da aeron ave WED REAR VELOCIDADE DE AVAN O i NGULO DE ATAQUE SHOULD Da PA OU PAR ee ELO DADE TARO ESC AL FLA HI GTA bp IO FIGURA 2 2 ngulo de Ataque da p do h lice 2 Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 11 2 3 1 For as Aerodinamicas no H lice O perfil aerodin mico de uma asa muito semelhante ao de um h lice o h lice ao atraves sar o ar com um ngulo de ataque criar for as aerodin micas semelhantes Estas for as ser o a sustenta o L e a resist ncia aerodin mica D perpendicular e paralela ao vento relativo respectivamente podendo ser calculadas pelas seguintes equa es 1 L 5Xpxvwx8xCr 2 4 1 D 5xpxv x SxCp 2 5 Onde CL Coeficiente de Sustenta o CD Coeficiente de Arrasto S Superf cie Alar m2 p Densidade do ar Kg m3 Podemos ver na Figura 2 3 que o ngulo de ataque n o corresponde ao ngulo de passo sendo a sustenta o perpendicular ao escoamento de aproxima o sendo lhe a resist ncia paralela SUSTENTA O ra sec o b
52. res indicadores e pro cessamentos que se mant m ocultos ao utilizador Este assemelha se a um diagrama esquem tico com todas as liga es e cones utilizados Painel Frontal O painel frontal a interface com o utilizador cada bot o display mostrador etc tem a sua fun o caracter stica desempenhando a quando seleccionado O painel frontal do programa desenvolvido o SBE VIEW v 1 composto por v rias p ginas 3 pain is frontais por assim dizer destinando se cada um deles a uma diferente ac o A primeira p gina denominada de CONFIGURA ES destina se como o pr prio nome indica s configura es Este re ne todos os par metros relativos s caracter sticas dos ensaios controlo e ajuste de mecanismos contendo tamb m o cone referente grava o de dados dos ensaios proporcionando ainda uma an lise separada de dados Este primeiro Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 21 painel configurado no inicio de cada utiliza o do programa contendo as informa es relativas aos ensaios a realizar O segundo painel destina se realiza o de ENSAIOS EST TICOS este possui uma interface destinada visualiza o de gr ficos e par metros caracter sticos em emsaios desta natureza Por ultimo temos um terceiro painel o painel dos ENSAIOS EM T NEL este direccionado a ensaios din micos possuindo gr ficos displays e todos os comandos necess rios realiza o dos mesmos Diagrama de Blocos
53. s v m na instru menta o virtual o seu termo pois as suas caracter sticas mostram se bastante limitadoras Sendo equipamentos caros e concebidos para desempenhar fun es espec ficas criadas pelos fabricantes tornam se dif ceis de adaptar a outras aplica es que possam surgir limitando a sua utiliza o A sua evolu o passa por instrumentos de programa o adapt veis com uma aquisi o flex vel que juntamente com o Computador possam desempenhar de forma mais eficaz as antigas fun es das instrumenta es tradicionais Tendo como base o computador os instrumentos virtuais possuem os ltimos recursos no que respeita s tecnologias incorporadas nos mesmo Ferramentas como a internet aumentam o desem penho destes instrumentos tornando os sistemas operacionais mais poderoso Estes contam ainda com a vantagem de se poderem tornar port teis facilitando muitas das vezes a sua utiliza o A sua aplica o experimenta o veio reduzir custos Transtornos como a compra de instrumentos de medi o para bancadas de ensaios experimentais deixaram de existir podendo o seu utilizador criar e gerir os seus pr prios instrumentos alterando os segundo a sua pr pria ordem de trabalhos Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 15 2 4 1 Instrumenta o Virtual Conceito A alian a entre diversas tecnologias como o computador dispositivos de aquisi o de dados e software especializado concebido para um determinada apli
54. s como engenheiros e cientistas est o habituados a lidar A versatilidade do seu ambiente de desenvolvimento bem como o seu elevado desempenho e fiabilidade das aplica es finais ficou comprovado quando a NASA recorreu ao LabVIEW para desenvolver com sucesso uma aplica o capaz de detectar falhas nos circuitos de hidrog nio do Space Shuttle COLUMBIA 7 O LabVIEW foi a linguagem escolhida para o desenvolvimento da aplica o desempen hando um papel primordial no sistema O software labVIEWIM projectado com o intuito de permitir implementa es r pidas e flex veis que podem ser personalizadas e especificadas pelo utilizador adequando se aplica o especifica 2 O sistema desenvolvido SBE VIEW v 1 foi projectado para operar segundo um padr o RS 232 Instrumento Virtual Os programas desenvolvidos em LabVIEW s o denominados de Instrumentos Virtuais VI contendo estes duas janelas uma chamada de painel frontal e outra de diagrama de blocos onde feita a programa o propriamente dita O painel frontal contem controladores e indicadores que nos remetem para uma visualiza o de instrumentos tradicionais reais Esta a interface com o utilizador onde este poder n o s aceder a uma visualiza o de leituras directas de par metros como controlar e seleccionar determinadas caracter sticas O diagrama de blocos a programa o que est por detr s do painel frontal onde s o descritos todos os controlado
55. tamento de dados uma op o fornecida ao utilizador este poder analisar de imediato os dados do teste que realizou ou poder realizar uma an lise posterior O tratamento de dados do programa SBE VIEW v 1 respeita a seguinte ordem de Programa o 1 Detec o da exist ncia de um direct rio onde ser gerado o ficheiro tipo 2 Cria o de um ficheiro tipo 3 Grava o do ficheiro 4 E an lise de dados No painel destinado s configura es temos a op o de configurar par metros que ser o impor tantes no tratamento de dados a configura o dever ser efectuada da seguinte forma Cap tulo 3 Cria o do Software de Aquisi o de Dados 33 FIGURA 3 7 Exemplo da Selec o do n mero de p s do h lice 1 CONFIGURA O DOS ENSAIOS Ficheiro de Dados Grava o Nesta sec o poderemos escolher a localiza o da grava o do ficheiro a ser gerado bem como o nome que lhe queiramos atribuir Ficheiro de An lise Separada Este cone permite seleccionar ficheiros j gravados fazendo a sua an lise num momento oportuno para tal apenas ter de escolher o ficheiro e premir o bot o analisar Neste ponto temos ainda dois par metros a escolher e Tipo de Ensaio e Densidade do Ar 2 CONFIGURA O DO H LICE A presente sec o cont m par metros relativos aos h lices nomeadamente Tipo de H lice e N mero de P s e Sentido e Di metro e Passo Fazendo um CLICK DIREIT
56. trumentos tradicionais cap tando os seus sinais transferindo os para o Computador De acordo com esta utiliza o poderemos tirar partido das funcionalidades do instrumento muito al m das disponibilizadas pelo fabricante Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 18 Instrumentos como o Oscilosc pio poder o realizar an lises por meio de dedu es formulas trans formadas todas elas realizadas pelo computador no respectivo ambiente de trabalho o software A comunica o entre instrumentos a fim de obter o seu controlo passa por uma normaliza o desen volvida ao longo do evoluir das tecnologias In meros instrumentos s o controlados por meio de protocolos de comunica o j bem consolidados como o exemplo do GPIB e o Serial RS 232 Outros ainda tentam criar um lugar no campo do controlo como o caso da Etthernet e o USB Os protocolos s o respons veis pelo processo de transmiss o de sinais digitais entre os instrumentos de aquisi o e o computador Podemos descrever alguns destes tipos de barramento e GPIB Gerenal Purpose Interface Bus um tipo de barramento desenvolvido pela Hewlett Packard para ser utilizado entre o processamento de sinais entre equipamentos de automa o industrial e computadores As especifica es el ctricas deste barramento foram incorporadas num padr o da IEEE a IEEE 488 este relata linhas de dados controlo voltagens e correntes utilizadas pelo mesmo e O Serial caracteriza
57. ulsiva podendo esta chegar a ser nula Desta forma tamb m a efici ncia ser nula e Para baixas raz es de avan o o ngulo de ataque ser elevado pelo que o h lice poder entrar em perda deixando de produzir for a propulsiva e Diminuindo a raz o de avan o a for a propulsiva aumenta devido ao ngulo de ataque au mentar A medida que a for a propulsiva aumenta e a velocidade de avan o baixa a efici ncia do h lice tamb m ser baixa Como mostra a Figura 2 5 a varia o do passo permite operar o h lice numa gama de RPMs mais alargada Quanto menor for a velocidade de avan o mais fino dever ser o passo para velocidades maiores termos um passo grosso Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 14 100 EFICI MICIA VELOCIDADE DE AMANI O FIGURA 2 5 Varia o da Efici ncia do h lice com a velocidade de avan o 4 2 2 4 Instrumenta o Virtual No decorrer dos tempos tem se presenciado a todos os n veis uma evolu o Tecnol gica espan tosa O computador um dos melhores exemplos desta evolu o o seu desenvolvimento not rio e na ltima d cada permitiu uma revolu o na instrumenta o aplicada a testes respeitantes au toma o de dados Neste leque de progressos surge o conceito de instrumenta o virtual que tr s consigo um conjunto de benef cios direccionados aos seus utilizadores Instrumentos tradicionais como o Oscilosc pio geradores de sinal entre outro
58. virtuais fornecendo novas ideias capazes de suprimir problemas como os custos Com a utiliza o de instrumentos Cap tulo 2 Revis o Bibliogr fica 19 virtuais poder o ser constru dos sistemas de aquisi o de dados direccionados s necessidades dos utilizadores O software o principal e tamb m mais importante componente de um instrumento virtual Este cont m as suas pr prias aplica es capazes de integrar rotinas direccionadas ao processo em especifico A programa o visual permite a qualquer utilizador independente do seu grau de conhecimento a sua execu o O algoritmo criado graficamente seleccionando e ligando controladores e blocos funcionais dispon veis na biblioteca do sistema Estes assemelham se a instrumentos reais tor nando o seu uso e aplica o mais imediato A Figura 2 9 representa um desses cones dispon vel no ambiente de programa o LabVIEWTM Modern 4 gt gt Tobe gt le to Poth Numeric Boolean String amp Path Ee gt E gt gt Array Matrix List amp Table Graph oO Gon Ring amp Enum Containers yo o B s 24 Refnum Variant amp Cl Decorations FIGURA 2 9 cone disponivel no ambiente LabVIEW 2 4 3 1 Linguagem de Programa o As maioria das linguagens de programa o foram desenhadas e concebidas para ultrapassar dificuldades existentes que at ent o se faziam notar na instrument
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