Automação, Integração de dados e Intrumentação de um Simulador de Voo

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1 Universidade Federal de Minas Gerais Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação Projeto de Fim de Curso Automação, Integração de dados e Intrumentação de um Simulador de Voo Diego Rocha Rebelo Orientador: Guilherme A. S. Pereira Supervisor: Paulo Henriques Iscold Andrade de Oliveira Junho de 2010

2 Monografia Automação, Integração de dados e Instrumentação de um Simulador de Voo Monografia submetida à banca examinadora para avaliação curricular da disciplina PFC II, para obtenção do grau de Engenheiro de Controle e Automação. Belo Horizonte, Junho de 2010

3 Abstract i Flight Simulators have contributed to the aviation development since the first prototypes were built. Nowadays, they are very sophisticated hardware and software systems and their capabilities turned them into essential tools for aviation development. Specially dealing with pilot trainning and control systems, flight simulators may offer substantial contribution, supporting to develop new techniques and models to assist pilots during flights. This work describes the development of a flight Simulator considering its automation, data integration and instrumentation. It is proposed a distributed architecture based on personal computers for simulation processing. In this architecture, graphic modules, data acquisition systems and simulation models developed in Matlab/Simulink communicate each other using a Fast Ethernet network, composing the flight Simulator. During the development of this work, systems have been built to integrate Matlab/Simulink with other softwares and middlewares, such as Microsoft Flight Simulator X, FSUPIC, WideView and WideFS, which enable realistic image rendering. These images are based on airplane dynamic provided by Matlab/Simulink models. It is also described the development of a software responsible for distributed simulation control (control of the simulink models), which enables controling the whole simulation through a single interface. In order to achieve a realistic simulation enviroment, some airplane controls and instruments were integrated to simulation models such as stick, pedals, power lever, EFIS (Electronic Flight Information System). The final result of this work is a flight simulator that may be easily operated, both for a pilot in trainning and for an aeronautical enginner, who may modify simulation models using simple graphic interfaces.

4 Resumo ii Simuladores de Voo têm dado uma grande contribuição para a aviação desde que os primeiros protótipos foram desenvolvidos. Atualmente, eles são sistemas de hardware e software sofisticados que os tornaram uma ferramenta essencial para o desenvolvimento da aviação. Especialmente em se tratando de treinamento de pilotos e estudos de sistemas de controle, simuladores de voo podem oferecer uma contribuição substancial no desenvolvimento de novas técnicas e modelos para assistência à pilotagem durante voos. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um simulador de voo sob os aspectos de sua automação, integração de dados e instrumentação. É proposta uma arquitetura distribuída, baseada em computadores pessoais, para processamento da simulação. Nesta arquitetura, módulos gráficos, sistemas de aquisição de dados e modelos de simulação desenvolvidos em Matlab/Simulink se comunicam através de uma rede Fast Ethernet, compondo o simulador de voo. Durante o desenvolvimento do trabalho, foram construídos sistemas que integram o Matlab/Simulink com outros softwares e middlewares, como Microsoft Flight Simulator X, FSUIPC, WideView e WideFS, que possibilitam a geração realística de imagens de simulação. Estas imagens são baseadas na dinâmica da aeronave gerada pelos modelos do Simulink. Foi também desenvolvido um software para o controle distribuído da simulação (controle dos modelos em Simulink) que possibilita controlar toda a simulação por meio de uma única interface gráfica. Para atuação realística com o simulador foram integrados aos modelos de simulação alguns controles e instrumentos do simulador como manche, pedais, manete de potência, EFIS (Electronic Flight Information System). O resultado final do trabalho é um simulador de voo que pode ser operado com facilidade, tanto por um piloto em treinamento, como também por um engenheiro aeronáutico, que pode fazer alterações no modelo de simulação por meio de simples interfaces gráficas.

5 Agradecimentos iii Agradeço primeiramente a Deus por mostrar os melhores caminhos nos momentos de indecisão. Agradeço a meus pais pelo apoio incondicional fornecido durante toda essa jornada. Agradeço à Natália que com muito amor e paciência soube compreender os finais de semana dedicados ao curso. Agradeço também a toda equipe do CEA e do CORO, principalmente aos Professores Paulo Henriques Iscold e Guilherme A. S. Pereira pela oportunidade de desenvolver o projeto.

6 Sumário Abstract Resumo Agradecimentos Tabela de Conteudo Lista de Figuras Lista de Siglas i ii iii v vii viii 1 Introdução Apresentação A Instituição A UFMG O Centro de Estudos Aeronáuticos - CEA Motivação Objetivos Estrutura da Monografia Revisão Bibliográfica O Que São Simuladores de Voo? Histórico Primeiros Simuladores Adicionando Funcionalidades ao Simulador Sistemas de Visualização O Simulador de Voo Moderno Características de Hardware Características de Software e Modelagem Dinâmica iv

7 SUMÁRIO v 3 Desenvolvimento do Simulador de Voo Visão Geral da Estrutura física e da Arquitetura Computacional do Simulador Definição e Configuração de plataformas e Ambientes de desenvolvimento Sistemas Operacionais O ambiente de desenvolvimento MatLab/Simulink xpc Target MatLab Aerospace Blockset Matlab AeroSim BlockSet Instalação e Configuração de Softwares de Comunicação e integração FSUPIC (Flight Simulator Universal Inter Process Communication) WideFS WideView Implementação Módulos de Simulação Controle Distribuído da Simulação Instrumentação Virtual Resultados de Simulação Conclusão 44 Referências Bibliográficas 46

8 Lista de Figuras 1.1 Laboratório do CEA no Campus Pampulha da UFMG Hangar do CEA no Aeroporto de Conselheiro Lafaiete [Fonte Fig.1.1 e 1.2: Projeto de um simulador de uma aeronave Cessna C-172 [Fonte: Exemplo de simulador implementado usando soluções comerciais [Fonte: Dispositivo para treinamento de piloto em terra - Catálogo Antoinette, Retirada de [Page, 2009] Piloto sendo treinado na escola de voo da empresa de E.Link. Retirada de [Page, 2009] Sistema de visualização baseado na filmagem de mapas girantes. Retirada de [Page, 2009] Sistema de visualização baseado em circuito interno de TV e maquetes de superfícies. Retirada de [Page, 2009] Sistema de visualização baseado em junção de televisores [Fonte: Arquitetura Física e Computacional do Simulador Esquema elétrico de conexão dos potenciômetros Inter Process Communication usando FSUPIC Configuração de parâmetros WideClient Modelo WV_Dummy selecionado Diagrama de Instalação do Simulador Criando Visões no MFSX Menu do FSUPIC e WideView no MFSX Visões salvas Módulo de Sistemas e Modelos Dinâmicos Interior do Bloco Inputs Simulador Interior do Bloco Flight Simulator vi

9 LISTA DE FIGURAS vii 3.13 Interior do Bloco EFIS Interior do Bloco EFIS Mapeamento dos Intervalos Módulo de Aquisição, Acionamento e Instrumentação Interior do Bloco Profundor Interface de Controle da Simulação Interface da EFIS Interface da EFIS Resposta Dinâmica do Modelo Sora à Entradas do Sistema Entradas do Sistema Dinâmico Sora As Três visões geradas pelo MFSX correspondentes aos momentos A, B e C

10 Lista de Siglas e Abreviações CEA CORO Centro de Estudos Aeronáuticos da UFMG, viii Laboratório de Sistemas de Computação e Robótica da UFMG, viii DEE Departamento de Engenharia Elétrica da UFMG, viii DELT Departamento de Engenharia Eletrônica da UFMG, viii DEMEC Departamento de Engenharia Mecânica da UFMG, viii FSUIPC MFSX PDVA UFMG UMG Flight Simulator Universal Inter Process Communication, viii Microsoft Flight Simulator X, viii Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento de Veículos Autônomos da UFMG, viii Universidade Federal de Minas Gerais, viii Universidade de Minas Gerais, viii viii

11 Capítulo 1 Introdução Este capítulo aborda aspectos introdutórios acerca do trabalho desenvolvido e discutido ao longo dos demais capítulos desta monografia. A Seção 1.1 destaca o tema principal abordado neste trabalho. A Seção 1.2 apresenta a instituição onde foi desenvolvido o projeto, mostrando aspectos históricos e organizacionais da instuição. Já a Seção 1.3 trata de aspectos motivacionais que justificaram o desenvolvimento do projeto. Os objetivos iniciais traçados a serem alcançados durante a execução do projeto são descritos na Seção 1.4. Finalmente, a Seção 1.5 traz a descrição estrutural dos capítulos desta monografia destacando o assunto e a importância de cada um. 1.1 Apresentação O projeto final de curso descrito nesta monografia visou o desenvolvimento de um simulador de voo que tornasse possível o desenvolvimento de novas técnicas e modelos que auxiliassem a pilotagem de aeronaves. Ao longo to texto serão descritas as características técnicas deste simulador tais como aspectos de hardware, software, instrumentação e modelos dinâmicos adotados. Será mostrado também como todos os subsistemas do simulador são integrados de modo a proporcionar um ambiente de simulação único. Serão discutidos os testes realizados no simulador de modo a validar todo o sistema projetado. Na parte final da monografia serão discutidos as contribuições trazidas pelo trabalho. 1.2 A Instituição O projeto final de curso descrito nesta monografia foi realizado nas dependências da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), especificamente 1

12 1.2 A UFMG 2 dentro do seu Centro de Estudos Aeronáuticos, vinculado ao Departamento de Engenharia Mecânica da universidade A UFMG A criação de uma universidade no estado de Minas Gerais já era parte do projeto político dos inconfidentes. Este ideal, porém, só veio a concretizar-se em 1927, com a fundação da Universidade de Minas Gerais (UMG), uma instituição privada, subsidiada pelo estado, que reunia as quatro escolas de nível superior então existentes em Belo Horizonte. A UMG permaneceu na esfera estadual até 1949, quando foi federalizada. O nome atual - UFMG - só foi adotado em Em 1968, a reforma universitária impôs profunda alteração à estrutura orgânica da UFMG, promovendo o desdobramento de antigas faculdades em novas faculdades e institutos. A UFMG é divida em diversos departamentos, sendo que três desses tiveram participação no desenvolvimento deste projeto, sendo estes: Departamento de Engenharia Elétrica (DEE), Departamento de Engenharia Eletrônica (DELT) e o Departamento de Engenharia Mecânica (DEMEC) O Centro de Estudos Aeronáuticos - CEA A UFMG, desde 1975, oferece aos seus alunos do curso de graduação em Engenharia Mecânica a opção pela ênfase em Engenharia Aeronáutica. Seguindo esta opção, os alunos aprovados em todas as disciplinas oferidas na ênfase obterão o título de Engenheiro Mecânico Aeronáutico, podendo exercer todas as funções atribuídas pelo Conselho Federal de Engenharia à este tipo de engenheiro. Desde sua criação, este curso já formou mais de 250 engenheiros, dos quais a maior parte se encontra trabalhando na Embraer e em empresas de transporte aéreo no Brasil. O CEA tem a função de apoiar e reunir todas as atividades de pesquisa e ensino desenvolvidas pelos professores e alunos da ênfase em Engenharia Aeronáutica da UFMG. Dentre as diversas atividades a de maior destaque é a de desenvolvimento e operação de protótipos de aeronaves. Atualmente já são 5 protótipos completamente desenvolvidos no CEA. Esta prática de sucesso adotada pelo CEA acontece em diversas instituições de ensino no mundo e apresenta diversas vantagens como capacidade de concretização de idéias, criatividade e a ligação entre o projeto e a construção. No ano de 2009, a Engenharia Aeroespacial surgiu como curso de graduação na UFMG, tendo como referência a habilitação em Engenharia Aeronáutica, aproximando a universidade de uma indústria com grande potencial

13 1.3 Motivação 3 de expansão no país. Este setor envolve atividades de projeto, construção e manutenção de aviões, helicópteros, foguetes, satélites, sondas espaciais, enfim, de todo tipo de veículo aéreo ou espacial, tripulado ou não-tripulado. O CEA é uma instituição comprometida com o desenvolvimento da engenharia aeronáutica nacional, contribuindo com atividades de ensino, pesquisa, desenvolvimento e inovação. O desenvolvimento de um simulador de vôo foi mais uma iniciativa adota pelo CEA de modo a contribuir com o desenvolvimento da aviação nacional. Todo o projeto do simulador foi desenvolvido dentro do laboratório do CEA localizado na UFMG através de recursos de pesquisa. O projeto teve como colaboladores estudantes de graduação em Engenharia Mecânica e de Controle e Automação, alunos de mestrado e de doutorado do DEMEC e de professores do DEE, DELT e DEMEC. A Figura 1.1 mostra o interior laboratório do CEA localizado no Campus Pampulha da UFMG. Em 2008 foi inaugurado um hangar do CEA, no Aeroporto de Conselheiro Lafaiete, a 96 km de Belo Horizonte, permitindo atualmente um acesso mais facilitado a testes de voo. A Figura 1.2 mostra o hangar externamente. Figura 1.1: Laboratório do CEA no Campus Pampulha da UFMG 1.3 Motivação A aviação mundial tem enfrentado uma demanda cada vez mais freqüente por um transporte aéreo mais seguro e rápido, que demande reduzidos tempos de translado em terra e espera para operações em solo, garantindo um tempo total de voo mínimo.

14 1.3 Motivação 4 Figura 1.2: Hangar do CEA no Aeroporto de Conselheiro Lafaiete [Fonte Fig.1.1 e 1.2: Este aspecto se torna mais crítico quando se trata do transporte aéreo pessoal ou empresarial. Porém, o que se tem verificado mundialmente, é que a efetiva redução desse tempo de viagem não será obtida com o aumento da velocidade das aeronaves, mas sim com o aumento e a otimização da malha aeroviária, da construção de aeroportos secundários em cidades periféricas (principalmente em centros industriais) ou mesmo em aeroportos particulares localizados dentro de grandes empresas. Evidentemente, para que este objetivo possa ser alcançado, será necessário adaptar as aeronaves para que essas possam atender à nova demanda: voos que tipicamente não deverão mais ser feitos em massa, mas sim para atender à necessidade de um pequeno grupo de pessoas. Sendo assim, novos desafios deverão ser vencidos para que se possa, de fato, implementar esta "aviação pessoal". Podemos citar, por exemplo, a modernização dos sistemas de comunicação e auxílio à navegação provavelmente através de sua automatização e a introdução de sistemas assistidos a pilotagem, por meio de comandos fly-by-wire, que venha permitir a redução do tempo de treinamento para operação da aeronave. Acredita-se que as experiências anteriores do CEA juntamente com as do PDVA (Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento de Veículos Autônomos) da UFMG possam contribuir para o desenvolvimento de tecnologias no Brasil que possam ser empregadas nesta nova geração de aeronaves. Desta forma, o que se pretende é desenvolver sistemas de auxílio à pilotagem que permitam que a aeronave seja controlada por trajetória, ao invés de ser controlada por atitude, como é feito hoje em dia. Atualmente, para se controlar uma aeronave é preciso aprender a controlar determinados parâmetros de voo para que se tenha controle sobre a trajetória da aeronave.

15 1.4 Objetivos 5 Estes parâmetros (velocidade de voo, velocidade vertical, inclinação das asas e aceleração lateral), determinam a trajetória indiretamente e possuem comandos de controle acoplados, o que torna a prática da pilotagem uma tarefa não trivial para o ser humano, exigindo grande treinamento e contínuo aperfeiçoamento. Com a adoção de sistemas de controle assistidos por computador, em especial os sistemas fly-by-wire, é possível estabelecer previamente leis de controle que podem permitir que o piloto controle diretamente a trajetória da aeronave, ao invés de sua atitude. Considerando a grande relevância do tema e sua importância e impacto na aviação nacional, o CEA acredita que o primeiro passo a ser tomado é a construção de um simulador de voo que sirva de plataforma de testes para o desenvolvimento e a implementação de novas técnicas e modelos que auxiliem à pilotagem e às técnicas de voo baseadas em trajetória. A evolução de softwares comerciais que possibilitam alta fidelidade gráfica em simulações, como o Microsoft Flight Simulator X (MFSX), a evolução de ambientes que proporcionam rápido desenvolvimento de modelos dinâmicos e integração como outros sistemas, como o MatLab/Simulink, bem como a grande disponibilidade de sistemas computacionais de grande capacidade de processamento e de memória, atualmente disponíveis para computadores pessoais, vêm incentivando a pesquisa e o desenvolvimento de simuladores de voo em diversas instituições, soluções que até alguns anos atrás eram essencialmente implementadas em empresas especializadas, devido a questões como custo e disponibilidade tecnológica. Temos como exemplo dessa nova tendência em projetos de simuladores, o projeto de um simulador de uma aeronave Cessna C-172, mostrado na Figura 1.3, desenvolvido utilizando o MFSX 2004 e diversas outras soluções comerciais. A Figura 1.4 mostra outro exemplo de simulador implementado sob essa perspectiva. 1.4 Objetivos Tendo em vista o exposto acima, este projeto tem por objetivos: Desenvolver um ambiente computacional distribuído a partir do software MatLab/Simulink, utilizando algumas de suas ferramentas como o AeroSim Block Set, xpc Target e Data Acquisition Tool Box; O desenvolvimento de um módulo de software que seja a interface do usuário com o sistema e integre todos os demais subsistemas;

16 1.4 Objetivos 6 Figura 1.3: Projeto de um simulador de uma aeronave Cessna C-172 [Fonte: Figura 1.4: Exemplo de simulador implementado usando soluções comerciais [Fonte: A Realização de parte da instrumentação necessária para o simulador (conexão de instrumentos, condicionamento de sinais e aquisição de dados); A Definição de um ou mais padrões de comunicação entre os instrumentos, softwares e subsistemas do simulador; A Realização da integração dos softwares (MatLab, Microsoft Flight

17 1.5 Estrutura da Monografia 7 Simulator X, FSUIPC, WideView e WideFS) que serão usados no simulador de modo a torná-lo um ambiente integrado de simulação; A Realização de testes no sistema integrado, monitorando variáveis dinâmicas do modelo do simulador. 1.5 Estrutura da Monografia O trabalho está dividido em 4 capítulos. Este Capítulo apresentou uma introdução ao projeto a ser descrito nesta monografia, a instituição onde o trabalho foi realizado, bem como os objetivos que nortearam a execução do mesmo. O Capítulo 2 traz uma revisão bibliográfica a respeito do tema desenvolvido no projeto. Traz alguns casos de uso realizados ao redor do mundo, como uma tentativa de embasar e justificar o desenvolvimento deste tipo de simulador. O Capítulo 3 descreve as principais características do simulador como estrutura física, subsistemas, equipamentos utilizados, instrumentos, arquitetura de comunicação entre os subsistemas adotada e uma breve descrição dos softwares utilizados, abrangendo todos os conceitos necessários para um melhor entendimento do projeto e mostrando as etapas de desenvolvimento do mesmo. Traz também resultados obtidos em uma simulação específica. Finalmente no Capítulo 4 tem-se a conclusão da monografia e algumas sugestões e dificuldades encontradas na realização do projeto. É sugerido também possíveis trabalhos futuros a serem desenvolvidos no simulador.

18 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica Este Capítulo descreve as origens do simulador de voo e sua evolução até os dias de hoje. Trata das tecnologias mais atuais de hardware e software usadas nos simuladores baseados em PCs e traz algumas referências de trabalhos de desenvolvimento de simuladores usando essa tecnologia. Além disso, discute algumas aplicações atuais dos simuladores e as atuais tendências tecnológicas. 2.1 O Que São Simuladores de Voo? De acordo com [Mac, 2009] um simulador de voo é uma máquina usada para treinamento de pilotos que fornece um ambiente e uma experiência de como voar uma aeronave. De maneira mais técnica [Bab, 2009] faz a seguinte definição para simulador de voo: "Um simulador de voo é um sistema de aparelhos ou um software que pretende recriar o voo de uma aeronave da maneira mais realística possível." De toda maneira, um simulador de voo é um dispositivo de treinamento em terra que produz exatamente as condições experimentadas na cabine de voo de uma aeronave.[col, 2003]. Podemos perceber por estas definiçoes, que um simulador de voo pode ser um software, um sistema de aparelhos ou um dispositivo de treinamento, com o intuito de auxiliar um piloto na experiência de voo. Atualmente, devido principalmente aos avanços nas tecnologias de hardware e de software, os simuladores têm adquirido cada vez mais funcionalidades. Essas por sua vez têm sido implementadas em uma variedade de sistemas diferentes e integradas de modo a fornecer um ambiente de simulação único. Sendo assim, atualmente, talvez, uma das melhores maneiras de se 8

19 2.2 Histórico 9 descrever um simulador é analisando-o sob uma perspectiva de sistemas. Quando tratamos um simulador como sendo um ambiente de integração de diferentes sistemas, conseguimos entender melhor seus propósitos e funcionalidades. Simuladores são tratados sob essa perspectiva em [Lei et al., 2007], [Zheng et al., 2009c], [Shutao et al., 2008] e [Jin et al., 2009]. Existem muitas justificativas que motivam o desenvolvimento de simuladores de voo. Nos primórdios da aviação, a grande preocupação era ensinar os comandos básicos das novas máquinas aos interessados. Estes comandos eram passados através de simuladores mecânicos em terra, de modo a capacitar os pilotos e diminuir os acidentes aéreos. Ao passar dos anos, as aeronaves foram se tornando cada vez mais complexas, integrando novos sistemas de voo. Surgiu daí a necessidade de se aprimorar as técnicas e as tecnologias de simulação de modo a construir simuladores cada vez mais realísticos. Atualmente, desenvolver ambientes de simulação e treinar pilotos nesses sistemas se tornou uma obrigatoriedade em determinados setores da aviação pessoal. Um outro campo que tem usado bastante os simuladores de voo é a engenharia, principalmente aeronáutica e aeroespacial. Essas áreas vem usando simuladores de voo para servirem de plataforma de desenvolvimento e de testes de novas soluções, sistemas, técnicas e equipamentos de voo. O objetivo macro deste trabalho é desenvolver um simulador que possa servir de plataforma para alcançar esses objetivos. Além de possibilitar um ambiente de treinamento, os simuladores também demostram um papel importante na indústria de entreterimento, cujo principal objetivo é entreter o tripulante transmitindo um certo grau de realismo através do simulador. A pesquisa e desenvolvimento de softwares de simulação na áerea de entreterimento tem contribuído muito para a evolução dos simuladores de voo. 2.2 Histórico Primeiros Simuladores A história da simulação de voo é descrita em detalhes em [Page, 2009]. Sendo assim, o desenvolvimento deste tópico será fortemente embasado neste trabalho. Os pilotos das primeiras aeronaves motorizadas aprenderam a voar realizando exercícios sequenciais em aeronaves reais. Primeiramente, aprendiam os comandos básicos em terra com a aeronave em movimento. À medida que iam evoluindo, passavam a executar pequenos voos entre dois pontos até

20 2.2 Primeiros Simuladores 10 Figura 2.1: Dispositivo para treinamento de piloto em terra - Catálogo Antoinette, Retirada de [Page, 2009]. conseguirem voar distâncias maiores. Acidentes eram frequentes nesta estratégia de treinamento. Paralelamente, os construtores começaram a criar réplicas des aeronaves em terra com o objetivo de inicialmente treinar os pilotos sem a necessidade de realizar e de se arriscar em voos reais. Por volta de 1910, começaram a surgir os primeiros dispositivos de voo sintéticos. A Figura 2.1 retirada de [Page, 2009] mostra uma fotografia publicada no Catálogo Antoinette em A necessidade de treinamento de um grande número de aviadores na Primeira Guerra Mundial encorajou o desenvolvimento da nova disciplina de psicologia de voo. Testes também foram introduzidos para a seleção de pilotos. Como a Figura 2.1 mostra, nos primeiros dispositivos o movimento de rotação era realizado manualmente por operadores humanos. O segundo passo no desenvolvimento destes dispositivos foi a substituição do operador humano por atuadores elétricos e mecânicos conectados aos controles do dispositivo do simulador. O objetivo destes atuadores era rotacionar a fuselagem do dispositivo numa atitude correspondente a das aeronaves reais em resposta às entradas de controle. Uma série de dispositivos foram construídos baseando-se nesse princípio. O mais conhecido desses dispositivos foi o desenvolvido por Edwin Link, o "Link trainner", criando um padrão para futuros desenvolvimentos.

21 2.2 Adicionando Funcionalidades ao Simulador 11 Figura 2.2: Piloto sendo treinado na escola de voo da empresa de E.Link. Retirada de [Page, 2009]. A década de 1920 marcou uma nova tendência de treinamento em simuladores: o treinamento baseado em instrumentos. Esta nova técnica foi iniciada pela empresa de Edwin Link na escola de voo da empresa no início da década de 30. A importância desse novo tipo de treinamento foi reconhecido pela US Army Air Corps. A Figura 2.2 mostra um piloto sendo treinado por esta técnica. Na década de 30 Link trainners foram vendidos para vários países no mundo. Em 1937 a empresa American Airlines se tornou a primeira do mundo a comprar um Link trainner para treinamento de seus pilotos Adicionando Funcionalidades ao Simulador A Segunda Guerra Mundial trouxe o desenvolvimento de novos dispositivos a serem integrados aos simuladores. Dentre eles podemos citar: adoção de simuladores com sistemas de áudio, introdução de sistemas de radares na simulação e introdução de exibição visual. Nesta época, a exibição visual era

22 2.2 Sistemas de Visualização 12 baseada em filmes que mostravam terrenos durante a simulação. Os avanços na eletrônica proporcionados pelos anos de guerra e o desenvolvimento do computador analógico tornavam agora possível a resolução de equações de movimento das aeronaves, permitindo simulações de resposta a forças aerodinâmicas. A primeira discussão conhecida de métodos de simulação basedas em computador é feita em Roeder, em sua especificação de patente alemã em 1929 [Roeder, 1929]. O desenvolvimento de novas e complexas aeronaves exigia que o desenvolvimento dos simuladores acompanhassem em mesma proporção. Isso exigiu o desenvolvimento de hardware analógico mais complexo, fornecendo maior poder de processamento e precisão aos simuladores. Mesmo com o melhoramento do hardware e dos projetos, a confiabilidade dos dispendiosos simuladores analógicos já deixava muito a desejar, sem contar com as horas de manutenção gastas por dia. Nesta época, já existiam os computadores pessoais digitais de propósito geral, mas estes ainda não eram capazes de satisfazer uma grande demanda por cálculos de ponto flutuante. A demanda por uma tecnologia que suportasse o processamento de muitas operações envolvendo cálculo numérico veio a ser suporatada por uma nova geração de computadores que suportavam processamento digital e paralelo. Era a era da simulação digital Sistemas de Visualização Sistemas de visualização de voo foram propostos desde os primeiros desenvolvimentos com simuladores. Como exemplo, podemos citar a técnica de captura e projeção de imagens de mapas que giravam continuamente durante a simulação. Um exemplo deste tipo de sistema pode ser visto na Figura 2.3. Como é mostrado na figura, uma câmera filmava imagens de mapas que giravam em uma esteira. O controle de velocidade dessa esteira era realizado por controladores que geravam ações de controle para servomotores atuarem no sistema. As imagens capturadas eram transmitidas através de uma rede e projetadas na tela do simulador. O avanço na tecnologia de circuitos internos de TV na década de 50 proporcionou filmar cenários maiores, fornecendo a sensação de movimento ao longo de uma superfície. Várias câmeras em movimento filmavam grandes maquetes de superfície, fornecendo as imagens para as simulações. A Figura 2.4 retrata essa técnica. A primeira geração de imagem por computador foi realizada pela General Electric Company para o programa espacial americano na década de 70.

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