GÊMEOS DIGITAIS DE SISTEMAS NÃO LINEARES

INTRODUÇÃO: O projeto de aeronaves é um processo iterativo e multidisciplinar, no qual a estabilidade dinâmica exige modelos matemáticos detalhados e de alto custo computacional, muitas vezes dependentes de protótipos para validação. Nesse contexto, os gêmeos digitais destacam-se como alternativa capaz de integrar modelos fundamentados na física, dados experimentais e métodos orientados por dados, incluindo técnicas de Inteligência Artificial, permitindo acompanhar alterações no comportamento dinâmico da aeronave e apoiar a análise de sua estabilidade ainda nas fases iniciais de projeto. OBJETIVOS: Desenvolver um modelo computacional capaz de simular o comportamento longitudinal de uma aeronave (Generic Future Fighter) após uma entrada de comando do piloto, bem como construir um modelo em escala do Draken para a coleta de dados experimentais destinados à validação do modelo computacional. MATERIAIS E MÉTODO: Estudou-se e documentou-se um simulador longitudinal em MATLAB, que emprega o método numérico de Runge–Kutta de quarta ordem (RK4) e dados de ensaios em voo. Para o refinamento dos parâmetros aerodinâmicos, aplicou-se o método de otimização de Nelder–Mead, minimizando o erro entre os dados simulados e os experimentais. Paralelamente, construiu-se um aeromodelo em escala por manufatura aditiva (impressão 3D), com abordagem modular, instrumentado com controladora de voo Pixhawk PX4, sistema de rádio, servomotores e conjunto propulsivo. RESULTADOS: O funcionamento do simulador foi compreendido e descrito em detalhe. A aplicação do método de Nelder–Mead melhorou significativamente a aderência entre as curvas simuladas e experimentais de velocidade, ângulo de ataque e ângulo de arfagem, embora persistam desvios residuais atribuíveis ao ruído dos dados e às simplificações do modelo. O aeromodelo em escala foi projetado, fabricado e montado com sucesso, apresentando boa fidelidade geométrica. CONSIDERAÇÕES FINAIS: As duas frentes — modelo físico e modelo computacional — encontram-se integradas e prontas para as próximas etapas. Como trabalhos futuros, prevê-se a realização de ensaios em voo para coleta de dados, a incorporação de técnicas de IA na identificação de parâmetros e a extensão do modelo para seis graus de liberdade.

PALAVRAS-CHAVE: gêmeo digital; estabilidade dinâmica; identificação de sistemas; aeromodelo; otimização.