Trabalho de Estradas

INTRODUÇÃO
O vento é o movimento do ar em relação à superfície terrestre, processando-se tanto no sentido horizontal quanto vertical, variando em termos de velocidade e direção de acordo com seus fatores controladores, contribuindo para a dissipação de poluição atmosférica, transporte de umidade, entre outros.
Para ajudar a solucionar esses problemas, a computação é empregada tanto em sistemas de auxílio ao controlador de tráfego aéreo, como em simulação de novos cenários de gerenciamento de tráfego aéreo. Este trabalho apresenta uma contribuição para decisões sobre o nível de realismo a ser empregado nas simulações, considerando aquelas realizadas com o objetivo de medir a probabilidade de conflito ou colisão no espaço aéreo. Entende-se aqui por conflito de espaço aéreo a situação, presente ou futura, em que duas aeronaves em vôo se perigosa e indevidamente próximas uma da outra.



















Relação dos Ventos
O avião alça vôo devido às reações aerodinâmicas que acontecem quando o ar passa em alta velocidade pela asa. Quando o ar passa pela asa é forçado a passar por cima e por baixo desta. O comprimento da asa é maior na parte superior e segundo as leis da aerodinâmica, o fluxo do ar torna-se mais rápido para compensar a maior distância a ser tomada, o que diminui, sensivelmente, a pressão do ar sobre a asa. A diferença entre a pressão sob e sobre as asas cria a sustentação necessária para o vôo.


Te o vôo, o peso do avião muda constantemente à medida que o avião consome combustível. Em vôo, o avião giro sobre o centro de gravidade e o sentido da força do peso dirige-se sempre para o centro da terra.
Para fazer o avião voar, deve ser gerado uma força que compensa seu peso. Essa força é chamada sustentação e é gerada pelo movimento do avião através do ar.
A sustenção é uma força aerodinâmica. A maior parte da sustentação é gerada pelas asas. A medida que o avião se move através do ar, há uma força aerodinâmica presente. O ar resiste ao movimento do avião e esta força de resistência é denominada "arrasto".

O ar influencia sobremaneira no vôo do avião e vale dizer que, apesar de ser leve em torno de nós, o ar tem peso. Podemos mover-nos através dêle sem resistência sensível, usualmente não o sentimos nem pensamos nêle. Porém, um metro cúbico de ar pesa 1,3 quilogramas e o ar de um grande auditório ou cinema pesa mais de uma tonelada. Se nós tomarmos um grande garrafão e tirarmos o ar de seu interior com uma bomba e determinarmos de quanto diminuiu seu peso veremos que foi de cêrca de 1/800 do pêso de igual volume de água. A densidade do ar é de cêrca de 1/800.

O MODELO DE VENTOS
Os ventos podem ter uma grande influência na realização de vôos de aeronaves comerciais. Essa influência é mais fortemente presente nas situações de rotas de longa distância, em que ventos de proa ou de popa podem causar uma variação considerável no tempo de vôo, ou em pousos com vento cruzado, que exigem um grande poder de controle dos pilotos ou dos sistemas automáticos. O uso de modelos em que o vento é aproximado para um vetor constante já é um primeiro passo para simulação da dinâmica de vôo, mas proporciona pouco realismo, pois existe uma considerável variação dos vetores de vento, tanto espacialmente como ao longo do tempo. Sendo assim, a seguir é introduzido um modelo estocástico que simula os vetores de vento, por meio de vetores Gaussianos correlacionados, cuja média é determinada por dados obtidos das previsões publicamente disponíveis. No caso do Brasil, essas previsões são disponibilizadas nas páginas web da REDEMET, da Força Aérea Brasileira. A seguir, é descrito o modelo presente em (GLOVER, LYGEROS, 2004) e, após isso, sua versão otimizada.
DINÂMICA DA AERONAVE
Para as simulações a serem realizadas, além de um modelo realista de vento, também é preciso ter um modelo da dinâmica de aeronave, considerando a malha fechada de controle automático que existe em todos os jatos comerciais modernos. Esta malha é composta de sistemas que fazem com que a aeronave reaja ao vento ao qual é submetida em cada instante, de forma a manter a trajetória desejada e oferecer um nível de conforto aceitável aos passageiros. O modelo que descreve a dinâmica da aeronave é esquematizado.
Neste trabalho, assume-se que as aeronaves estão voando a uma altitude fixa de 30.000 pés, em regime de cruzeiro, com a velocidade constante em relação à massa de ar circundante. As distâncias percorridas são de, no máximo, 200 milhas náuticas, o que faz com que a perda de massa por queima de combustível seja pouco significativa e, portanto, considera-se a massa da aeronave constante. Seja x1 a posição da aeronave no sentido oeste-leste, x2 a posição da aeronave no sentido sul-norte, em relação a um dado ponto de origem, e x3 o ângulo de proa da aeronave; seja u o ângulo de rolagem da aeronave, utilizada como entrada de controle, e T X [x , x , x ] = 1 2 3.Sendo assim, a dinâmica da aeronave pode ser definida por:


(Uma forma bastante adequada de resolver esse sistema é pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem, com erro de) (5o X, para o qual o passo de tempo de 1 segundo proporcionou bons resultados). A posição inicial da aeronave é arbitrária, mas o ângulo de proa, x3, precisa ser calculado de forma a evitar um efeito transiente inicial, o que será explicado na próxima seção.
A Malha de Controle de Pré-Alimentação
A pré-alimentação, que, na Figura 3, é representada pelo bloco de "Pré-controlador", é usada apenas durante a inicialização da aeronave, para corrigir o ângulo de proa. A partir das posições inicial e final dadas pelo plano de vôo, é possível determinar o ângulo de rumo desejado; contudo, com a presença do vento, o ângulo de proa da aeronave precisa compensar o vento para se obter o rumo desejado.
Influência do Vento na Ocorrência de Conflitos
Uma questão importante para este estudo é se a presença de ventos faz a ocorrência de conflitos aumentar, diminuir ou permanecer estável. Contudo, as configurações de cruzamentos e paralelismos é um forte fator de influência (CHALOULOS, LYGEROS, 2007) e, para realizar a análise de importância dos ventos, foi elaborado um cenário com uma grande variedade de tipos de cruzamento de rotas, e também com rotas paralelas.














REFERÊNCIAS
BLOM, H.A.P.; BAKKER, G.J.; BLANKER, P.J.G.; DAAMS, J.; EVERDIJ, M.H.C.; KLOMPSTRA, M.B.;
Accident risk assessment for advanced ATM, In: Air Transportation Systems Engineering, edited by
G.L. Donohue and A.G. Zellweger, AIAA, Chapter 29, 2001, pp. 463-480.
CHALOULOS, G.; LYGEROS, J.: Effect of Wind Correlation on Aircraft Conflict Probability. Journal of
Guidance, Control and Dynamics, Vol. 30, No. 6, November–December 2007.
GLOVER, W.; LYGEROS, J.: A Multi-Aircraft Model for Conflict Detection and Resolution Algorithm
Evaluation. Hybridge Project, IST-2001-32460 of European Commission, Task 1.3, Deliverable D1.3,
February 2004.
GLOVER, W.; LYGEROS, J.; MACEJOWSKI, J.; Modeling and Simulation of Air Traffic Management
Process, comunicação pessoal, 2005