Networked embedded systems for active flow control in aircraft

Aerodynamic drag is known to be one of the factors contributing more to increased aircraft fuel consumption. The primary source of skin friction drag during flight is the boundary layer separation. This is the layer of air moving smoothly in the immediate vicinity of the aircraft. In this paper we discuss a cyber-physical system approach able of performing an efficient suppression of the turbulent flow by using a dense sensing deployment to detect the low pressure region and a similarly dense deployment of actuators to manage the turbulent flow. With this concept, only the actuators in the vicinity of a separation layer are activated, minimizing power consumption and also the induced drag.

Controlo postural na sequência de movimento de sentado para de pé em crianças com alterações do desenvolvimento neuromotor

A Sequência de Movimento de Sentado para de Pé (SMSP) é um marco importante na independência funcional da criança, sendo a sua qualidade afetada em casos de alteração do controlo postural do tronco. É por isso motivo de especial foco neste estudo, como elemento avaliativo e interventivo. Este estudo tem como objetivo a análise da modificação de componentes motores relacionados com o controlo postural, durante a SMSP, em 5 crianças com alterações neuromotoras, face à aplicação de um programa de intervenção baseado no Tratamento de Neuro Desenvolvimento (TND). Foi para tal utilizada a análise cinemática da SMSP - nomeadamente as variáveis “variação do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco” e “variação do ângulo perna-pé” entre o momento inicial e o seat-off – complementada com a aplicação do Teste de Medida da Função Motora 88 (TMFM-88) e a Classificação Internacional da Funcionalidade Incapacidade e Saúde-Versão Crianças e Jovens (CIF-CJ), bem como a avaliação de componentes de movimento com recurso a registo de imagem. A análise cinemática demonstrou uma diminuição do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco na maioria dos casos, bem como uma maior mobilidade da tíbia sobre pé. Verificou-se um aumento do score final do TMFM-88, em todos os casos. A CIF-CJ não evidenciou alterações entre o início e o término do período de intervenção. O registo de imagem demonstrou alterações positivas visíveis no alinhamento de segmentos, nível de atividade, controlo postural, e recurso a estratégias compensatórias no conjunto postural sentado e na SMSP. Após o período de intervenção as crianças deste estudo evidenciaram modificações positivas nas variáveis em estudo, nomeadamente 1) diminuição do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco na fase inicial da SMSP, 2) aumento da variação do ângulo perna-pé na fase inicial da SMSP, 3) aumento do score total da TMFM-88, 4) alteração positiva dos componentes de movimento alinhamento de segmentos e nível de atividade e 5) redução do recurso a estratégias compensatórias de movimento na SMSP. Estas modificações sugerem um controlo postural mais eficiente.

Sistema de percepção visual para veículos autónomos aéreos

Esta dissertação aborda o problema de detecção e desvio de obstáculos "SAA- Sense And Avoid" em movimento para veículos aéreos. Em particular apresenta contribuições tendo em vista a obtenção de soluções para permitir a utilização de aeronaves não tripuladas em espaço aéreo não segregado e para aplicações civis. Estas contribuições caracterizam-se por: uma análise do problema de SAA em \UAV's - Unmmaned Aerial Vehicles\ civis; a definição do conceito e metodologia para o projecto deste tipo de sistemas; uma proposta de \ben- chmarking\ para o sistema SAA caracterizando um conjunto de "datasets\ adequados para a validação de métodos de detecção; respectiva validação experimental do processo e obtenção de "datasets"; a análise do estado da arte para a detecção de \Dim point features\ ; o projecto de uma arquitectura para uma solução de SAA incorporando a integração de compensação de \ego motion" e respectiva validação para um "dataset" recolhido. Tendo em vista a análise comparativa de diferentes métodos bem como a validação de soluções foi proposta a recolha de um conjunto de \datasets" de informação sensorial e de navegação. Para os mesmos foram definidos um conjunto de experiências e cenários experimentais. Foi projectado e implementado um setup experimental para a recolha dos \datasets" e realizadas experiências de recolha recorrendo a aeronaves tripuladas. O setup desenvolvido incorpora um sistema inercial de alta precisão, duas câmaras digitais sincronizadas (possibilitando análise de informa formação stereo) e um receptor GPS. As aeronaves alvo transportam um receptor GPS com logger incorporado permitindo a correlação espacial dos resultados de detecção. Com este sistema foram recolhidos dados referentes a cenários de aproximação com diferentes trajectórias e condições ambientais bem como incorporando movimento do dispositivo detector. O método proposto foi validado para os datasets recolhidos tendo-se verificado, numa análise preliminar, a detecção do obstáculo (avião ultraleve) em todas as frames para uma distância inferior a 3 km com taxas de sucesso na ordem dos 95% para distâncias entre os 3 e os 4 km. Os resultados apresentados permitem validar a arquitectura proposta para a solução do problema de SAA em veículos aéreos autónomos e abrem perspectivas muito promissoras para desenvolvimento futuro com forte impacto técnico-científico bem como sócio-economico. A incorporação de informa formação de \ego motion" permite fornecer um forte incremento em termos de desempenho.

Desenvolvimento de módulos para planeamento e controlo de execução de missões de veículos aéreos não tripulados

Com a evolução da tecnologia, os UAVs (unmanned aerial vehicles) são cada vez mais utilizados, não só em missões de risco para o ser Humano, mas também noutro tipo de missões, como é o caso de missões de inspeção, vigilância, busca e salvamento. Isto devese ao baixo custo das plataformas assim como à sua enorme fiabilidade e facilidade de operação. Esta dissertação surge da necessidade de aumentar a autonomia dos UAVs do projeto PITVANT (Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não Tripulados), projeto de investigação colaborativa entre a AFA (Academia da Força Aérea) e a FEUP (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), relativamente ao planeamento de trajetórias entre dois pontos no espaço, evitando os obstáculos que intersetem o caminho. Para executar o planeamento da trajetória mais curta entre dois pontos, foi implementado o algoritmo de pesquisa A*, por ser um algoritmo de pesquisa de soluções ótimas. A área de pesquisa é decomposta em células regulares e o centro das células são os nós de pesquisa do A*. O tamanho de cada célula é dependente da dinâmica de cada aeronave. Para que as aeronaves não colidam com os obstáculos, foi desenvolvido um método numérico baseado em relações trigonométricas para criar uma margem de segurança em torno de cada obstáculo. Estas margens de segurança são configuráveis, sendo o seu valor por defeito igual ao raio mínimo de curvatura da aeronave à velocidade de cruzeiro. De forma a avaliar a sua escalabilidade, o algoritmo foi avaliado com diferentes números de obstáculos. As métricas utilizadas para avaliação do algoritmo foram o tempo de computação do mesmo e o comprimento do trajeto obtido. Foi ainda comparado o desempenho do algoritmo desenvolvido com um algoritmo já implementado, do tipo fast marching.

Data gathering approach in dense sensor networks

Sensor/actuator networks promised to extend automated monitoring and control into industrial processes. Avionic system is one of the prominent technologies that can highly gain from dense sensor/actuator deployments. An aircraft with smart sensing skin would fulfill the vision of affordability and environmental friendliness properties by reducing the fuel consumption. Achieving these properties is possible by providing an approximate representation of the air flow across the body of the aircraft and suppressing the detected aerodynamic drags. To the best of our knowledge, getting an accurate representation of the physical entity is one of the most significant challenges that still exists with dense sensor/actuator network. This paper offers an efficient way to acquire sensor readings from very large sensor/actuator network that are located in a small area (dense network). It presents LIA algorithm, a Linear Interpolation Algorithm that provides two important contributions. First, it demonstrates the effectiveness of employing a transformation matrix to mimic the environmental behavior. Second, it renders a smart solution for updating the previously defined matrix through a procedure called learning phase. Simulation results reveal that the average relative error in LIA algorithm can be reduced by as much as 60% by exploiting transformation matrix.

Global-EDF scheduling of multimode real- time systems considering mode independent tasks

Embedded real-time systems often have to support the embedding system in very different and changing application scenarios. An aircraft taxiing, taking off and in cruise flight is one example. The different application scenarios are reflected in the software structure with a changing task set and thus different operational modes. At the same time there is a strong push for integrating previously isolated functionalities in single-chip multicore processors. On such multicores the behavior of the system during a mode change, when the systems transitions from one mode to another, is complex but crucial to get right. In the past we have investigated mode change in multiprocessor systems where a mode change requires a complete change of task set. Now, we present the first analysis which considers mode changes in multicore systems, which use global EDF to schedule a set of mode independent (MI) and mode specific (MS) tasks. In such systems, only the set of MS tasks has to be replaced during mode changes, without jeopardizing the schedulability of the MI tasks. Of prime concern is that the mode change is safe and efficient: i.e. the mode change needs to be performed in a predefined time window and no deadlines may be missed as a function of the mode change.

Lean applied to logistics: a case study

This project aims to study the implementation of Lean principles and tools in several levels of logistics, from internal logistics to interface with distribution center and suppliers, in an industrial plant. The main focus of all efforts is to create the conditions to approach the continuous flow scenario in the manufacturing processes. The subject of improvement actions is a company whose core activity is car seat production, more specifically the car seat cover production and assembly. This focuses the assembly process, which requires the usage of a considerable variety of components and therefore is an important obstacle to the implementation of continuous flow. The most salient issues are related with inefficient interaction between sections and late supply of components in assembly lines, forcing the operator to abandon his work station and leading to production interruption. As an operational methodology, actions from Lean philosophy and optimization were implemented according to project management principles.

Ajustes Posturais dos músculos da tibiotársica em indivíduos com Doença de Parkinson durante o sit-to-stand

Introdução: Os ajustes posturais antecipatórios (APAs) são essenciais para o movimento típico, estando alterados nas doenças neuro degenerativas como a doença de Parkinson (DP) Objectivo(s): Estudar os early postural adjustments e os APAs em indivíduos com DP durante o sentar para levantar (STS), com e sem dupla tarefa. Métodos: Foi recolhida a atividade eletromiográfica (EMG) dos músculos tibial anterior, solear e gastrocnémio medial, em indivíduos com e sem DP (9 em cada grupo), durante o STS. Este foi determinado pelo deslocamento antero posterior do centro de pressão através da plataforma de forças, sendo a tarefa cognitiva dada pelo stroop colour word interference test. Os ajustes posturais foram avaliados pelo tempo de ativação e pela atividade EMG relativa, bem como pela análise da co ativação agonista/antagonista. Resultados: Não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre o grupo de controlo e o grupo com DP em nenhuma das variáveis analisadas Há uma tendência para o grupo com DP apresentar APAs mais cedo na tarefa simples, mantendo atividade muscular durante mais tempo e com maior atividade EMG relativa que o grupo controlo. Na dupla tarefa mantém-se essa tendência, exceto o tempo de ativação ser mais próximo do levante. Conclusão: Os défices posturais decorrentes da doença de Parkinson parecem não ser evidenciados na primeira fase do sit-to-stand.

Reorganização de componentes do controlo postural na sequência sit-to-stand em indivíduos com acidente vascular encefálico.

Introdução: O controlo postural (CP) constitui um dos requisitos indispensáveis para a execução de muitas tarefas funcionais, tendo sido demonstrado que após um acidente vascular encefálico (AVE) este esteja severamente alterado. Os mecanismos de neuroplasticidade evidenciam capacidade de mudança no CP através de uma intervenção em Fisioterapia. Objetivo: Avaliar a influência da modificação de componentes do membro inferior/tronco inferior (TI) na modificação de componentes da cintura escapular/tronco superior (TS), e a sua influência em variáveis representativas do CP no Sit-to-Stand (STS). Metodologia: O estudo apresenta três casos após AVE, que realizaram intervenção em fisioterapia baseada no conceito de Bobath, durante 11 semanas. Antes e após a intervenção, foi avaliado o alinhamento do tronco e o postural setting da escápula; variáveis associadas ao deslocamento e velocidade do Centro de Pressão (CoP); força, área de contacto e pressão média, durante a sequência do STS, recorrendo ao software SAPo e à plataforma de pressões EMED . Avaliou-se ainda os itens da Classificação Internacional de Funcionalidade (CIF). Resultados: Após a intervenção, os indivíduos em estudo apresentaram um melhor alinhamento do tronco, associado a um melhor postural setting da escápula, no conjunto postural sentado; bem como uma diminuição do deslocamento e velocidade máxima do CoP, no período estável (posição de sentado) e um aumento global da velocidade do CoP, no seat-off, o que parece refletir uma melhoria do CP. Quanto à CIF também se verificou uma diminuição da restrição na participação e limitação na atividade. Conclusão: A modificação de componentes neuro-motores através de uma intervenção baseada no conceito de Bobath teve efeitos positivos do ponto de vista do CP, relacionado com uma melhor relação entre membro inferior/TI e cintura escapular/TS, evidenciando uma melhor relação entre TS/TI nos três indivíduos após AVE.

Optimal scheduling of aircrafts’ engines repair process

We address a real world scheduling problem concerning the repair process of aircrafts’ engines by TAP - Maintenance & Engineering (TAP-ME). TAP-ME is the maintenance, repair and overhaul organization of TAP Portugal, Portugal’s leading airline, which employs about 4000 persons to provide maintenance and engineering services in aircraft, engines and components. TAP-ME is aiming to optimize its maintenance services, focusing on the reduction of the engines repair turnaround time.

Estudo relativo à utilização dos Equipamentos de Medida e Precisão (EMP) nas ações de manutenção da frota F-16

Esta dissertação foi realizada, tendo como objecto de estudo a utilização de equipamentos de Medida e Precisão, em diversas áreas da manutenção da Base Aérea Nº 5. Como hipótese de trabalho, no âmbito da dissertação do Mestrado de Engenharia Instrumentação e Metrologia, foi proposta a elaboração de um estudo, tendo em vista, uma melhoria das capacidades da organização demonstrar certos requisitos no âmbito da gestão e controlo de equipamentos de Medida e Precisão. Assim, a metodologia utilizada para a realização desta dissertação, partiu da análise do estado da arte nas normas internacionais, da regulamentação emitida pela Força Aérea Portuguesa e no estudo das práticas em uso na manutenção da Base Aérea Nº 5, assim como, nos atuais meios de execução e controlo dessa gestão num sistema integrado de “gestão de conteúdos”. Foram realizados diversos trabalhos, tendo como objectivo uma melhoria no processo de gestão de Equipamentos de Medida e Precisão, com resultados imediatos, tais como um novo portal de metrologia, e-mail de informação sobre Equipamentos de Medida e Precisão e certificados digitais. Seguidamente, forma apresentados os resultados do estudo e demonstrada a necessidade de implementar um processo de recall, para as acções onde são usados Equipamentos de Medida e precisão. Na dissertação, são utilizadas terminologias aeronáuticas, por as mesmas serem comuns no seio da organização, assim como, consonantes com a prática usual na indústria de manutenção aeronáutica militar no mundo.

Metrologia na inspeção de componentes aeronáuticos

O presente relatório sintetiza as atividades de pesquisa e de campo desenvolvidas no estágio realizado na empresa Caetano Aeronautic, no âmbito da unidade curricular “Dissertação/Projeto/Estágio Profissional do Mestrado em Engenharia de Instrumentação e Metrologia, do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O estágio teve como principal objetivo adquirir competências para a realização da inspeção de componentes aeronáuticos, atividade presente ao longo de todo o processo produtivo da empresa. O setor aeronáutico é um setor amplamente tecnológico e o seu Sistema de Gestão de Qualidade tem um vasto suporte documental associado. Numa primeira fase do trabalho foi feito um estudo intensivo do Sistema de Gestão da Qualidade da Caetano Aeronautic, de forma a se perceber quais os documentos inerentes ao sistema e respetivos conteúdos. Em seguida, foi necessário realizar uma análise ao fluxo produtivo da organização, para se perceber todo o processo de produção de um componente aeronáutico e documentação associada. Visto que todo o trabalho de inspeção de componentes exige conhecimentos sólidos na área da Metrologia dimensional, tornou-se fundamental consolidar competências nesta área, objetivo que foi concretizado ao longo do estágio. Com vista a contribuir para o melhoramento do processo de inspeção dos componentes aeronáuticos na empresa, foram identificados e analisados no decorrer do trabalho realizado, os problemas presentes quer ao nível da produção quer da inspeção e feitas propostas de melhoria, postas em prática sempre que possível.

Reabilitação do Aeroporto de Ondjiva em Angola

Com o progresso da tecnologia aeronáutica, a deslocação de pessoas e bens tornou-se bastante acessível para variados pontos de mundo, com espaço de tempo muito reduzido. Um dos motores essenciais deste avanço, concernente à mobilidade, é o transporte aéreo e a sua evolução. Este tipo de transporte requer a máxima segurança, sendo que um único acidente pode gerar centenas de vítimas. Atendendo a estas condições, a qualidade dos pavimentos aeroportuários é de grande importância para a segurança da movimentação das aeronaves em solo. Mas, por razões económicas e por vezes de espaço, perspetivas de novas construções perdem viabilidade comparativamente a soluções de reabilitação. A posição geográfica do aeroporto de Ondjiva faz com que seja um importante ponto de passagem entre a África do Sul e a Namíbia e, prevê-se que o número de voos que se efetuam no aeroporto cresça, sendo que o país está numa fase de grande evolução. O presente trabalho visa o conhecimento do processo de dimensionamento para pavimentos aeroportuários e soluções de correção para anomalias que possam apresentar, aplicando-os ao aeroporto de Ondjiva, em Angola. Atualmente, o aeroporto revela um grande desgaste das pistas de táxi, inadaptabilidade das cabeceiras face às cargas estáticas a que são submetidas e, largura insuficiente da pista para a aeronave de projeto, ou aeronave crítica, atendendo ao regulamento da ICAO (International Civil Aviation Organization). Para melhorar o conforto, a segurança e eficiência dos serviços aéreos, o dimensionamento do aeroporto deve obedecer aos princípios e regras da ICAO. Pretende-se também a modelação de uma solução de reforço para o pavimento existente, para que não seja necessário construir um aeroporto de raiz, minimizando custos. Após a realização do dimensionamento, foi estudada a sinalização horizontal e luminosa da pista, para que esteja em conformidade com as suas novas medidas.

Distributed Sensing of Fluid Dynamic Phenomena with the XDense Sensor Grid Network

IEEE International Conference on Cyber Physical Systems, Networks and Applications (CPSNA'15), Hong Kong, China.

Sistema de Controlo Remoto de Luzes de Aeródromo

Este relatório apresenta o trabalho realizado no âmbito da unidade curricular de Dissertação do Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores – área de especialização de Automação e Sistemas. O trabalho realizado consiste no desenvolvimento de um Sistema de Controlo Remoto de Luzes de Aeródromo (SCRLA) que pode ser aplicado em paralelo aos comandos locais de controlo das luzes de aproximação, pista ou circulação, entre outras, de uma infra-estrutura aeroportuária. O objectivo fundamental deste sistema consiste em permitir ao piloto de uma aeronave o acendimento das luzes do aeródromo desde a própria aeronave, recorrendo apenas ao equipamento de rádio VHF existente a bordo da mesma e que é normalmente usado para comunicações com os serviços de controlo de tráfego aéreo. Este sistema, em aeródromos com possível operação nocturna (e.g., heliportos de hospitais), permite uma redução dos custos associados a despesas com eventual pessoal técnico ou a redução da carga de trabalho neste, e uma diminuição do consumo de energia eléctrica, uma vez que as luzes apenas são acendidas quando necessário. Este sistema permite também reduzir a poluição luminosa no ambiente e contribui positivamente para a longevidade dos equipamentos luminosos. No desenvolvimento do sistema, foram adquiridos e/ou aplicados conhecimentos nas áreas de navegação aérea, infra-estruturas aeroportuárias, telecomunicações, normalização e estandardização, electrónicas analógica e digital, programação de baixo nível em microcontroladores, desenho e construção de circuitos impressos, desenho e construção mecânica.