A busca por formas mais eficientes quanto ao arrasto aerodinâmico de veículos rodoviários resultou recentemente em uma maior quantidade de pesquisas para compreensão do escoamento sobre o veículo quando este apresenta um ângulo de escorregamento aerodinâmico diferente de zero. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para análise linear de estabilidade do modelo dinâmico do veículo sob manobras de baixa severidade e considerando carregamentos aerodinâmicos. Um modelo dinâmico não-linear simplificado foi também desenvolvido utilizando dados de um veículo típico visando à comparação entre as metodologias. Ensaios experimentais em túnel de vento e simulações de fluidodinâmica computacional foram realizados utilizando-se uma geometria simplificada de um veículo visando à obtenção de valores dos carregamentos aerodinâmicos de força lateral e momento de guinada e à compreensão dos mecanismos de formação dos carregamentos aerodinâmicos. Os resultados obtidos mostram uma boa correlação entre os modelos linear e não-linear e relevante influência dos carregamentos aerodinâmicos de força lateral e momento de guinada na estabilidade estática do sistema. / The research for more efficient shapes regarding road vehicles aerodynamic drag resulted recently in an improved number of researches aiming at the understanding of the flow field over the vehicle when it has an aerodynamic slip angle different of zero. This work presents the development of a methodology for linear stability analysis of a vehicle dynamic model under low severity maneuvers and considering aerodynamic loads. A non-linear dynamic model has also been developed with information from a typical vehicle for comparison between the methodologies. Wind tunnel testing and computational fluid dynamics simulation have been carried out with simplified vehicle geometry in order to measure the aerodynamic side force and yawing moment and provide information for the understanding of the mechanisms generating the aerodynamic loads. The results show a good correlation between the linear and non-linear models and a relevant influence of the aerodynamic side force and yawing moment on the static stability of the system.

Dentre as competições nas quais estudantes são desafiados a construir protótipos com finalidades específicas, está a de fazer um veículo que transporte uma pessoa e percorrera a maior distância com um litro de combustível. Um dos fatores que contribuem para o consumo é a resistência aerodinâmica, assim prever seus efeitos é essencial para um bom projeto. Nesse contexto o presente trabalho teve por objetivo avaliar de forma numérica e experimental o escoamento ao redor de um veículo de milhagem e calcular os coeficientes aerodinâmicos de arrasto e sustentação dessas duas formas. Também foi estudada a sensibilidade desses coeficientes ao número de Reynolds e, no caso do teste virtual, aos modelos de turbulência. Através dos resultados de simulações verificou-se que a porção frontal do veículo é a maior responsável pelo arrasto e pela sustentação negativa. Os coeficientes de arrasto caíram com o aumento do número de Reynolds tanto nos ensaios virtuais quanto nos experimentais. Na comparação entre os modelos de turbulência, k-E e k-w em suas formas padrão foram os que mais destoaram em relação aos outros apresentando valores de CD maiores. Os resultados experimentais apresentaram a mesma tendência dos numéricos, e ficaram mais próximos do k- padrão, mas acredita-se que um ângulo de ataque negativo do modelo devido à montagem tenha provocado um aumento no CD obtido experimentalmente. Os valores dos coeficientes de sustentação baixaram com o número de Reynolds nos testes numéricos e aumentaram nos ensaios experimentais. Nas simulações observou-se que a alta velocidade entre as rodas dianteiras devido à pequena distância entre o veículo e o piso era responsável por boa parte da sustentação negativa. Por questões de montagem não foi possível repetir esse efeito solo de forma similar nos experimentos. Os resultados numéricos de visualização do escoamento apresentaram boa concordância com os experimentais. / Among the many competitions in which students are challenged to build up prototypes with specific purposes there, is one in which the goal is to design a car to carry one person and make it go as long as it can with one liter of fuel. One of the factors that contribute for fuel consumption is the aerodynamic resistance, so to predict its effects is essential for a good design. In this context, the present work had as goals the numerical and experimental evaluation of flow around a Supermileage vehicle and to calculate its drag and lift coefficients in these both ways. It was also studied the sensitivity of these forces to Reynolds number and, in the virtual case, to turbulence models. Thanks to simulation results it was verified that the front part of the model is responsible for great part of drag and negative lift. The drag coefficients fell with the increase of Reynolds number in both numerical and experimental tests. In a comparison of turbulence models comparison, k-E and k-w in their standard forms presented higher CD values than the other models. Experimental CD results showed the same tendency of numerical ones, and were closer to standard k-, although it was believed that a negative angle of attack due to experimental assembly issues has made for a higher experimental CD. Lift coefficients values fell with the increase of Reynolds number in virtual analysis and grew in experimental tests. In the simulations it was observed that the high velocity between the two front wheels, due to the short distance between the vehicle and the ground, is responsible for a large portion of the negative lift. Owing to assembly issues it was not possible to reproduce this ground effect on experimental tests. Flow visualization results presented good agreement between experimental and numerical testing.

Dentre as competições nas quais estudantes são desafiados a construir protótipos com finalidades específicas, está a de fazer um veículo que transporte uma pessoa e percorrera a maior distância com um litro de combustível. Um dos fatores que contribuem para o consumo é a resistência aerodinâmica, assim prever seus efeitos é essencial para um bom projeto. Nesse contexto o presente trabalho teve por objetivo avaliar de forma numérica e experimental o escoamento ao redor de um veículo de milhagem e calcular os coeficientes aerodinâmicos de arrasto e sustentação dessas duas formas. Também foi estudada a sensibilidade desses coeficientes ao número de Reynolds e, no caso do teste virtual, aos modelos de turbulência. Através dos resultados de simulações verificou-se que a porção frontal do veículo é a maior responsável pelo arrasto e pela sustentação negativa. Os coeficientes de arrasto caíram com o aumento do número de Reynolds tanto nos ensaios virtuais quanto nos experimentais. Na comparação entre os modelos de turbulência, k-E e k-w em suas formas padrão foram os que mais destoaram em relação aos outros apresentando valores de CD maiores. Os resultados experimentais apresentaram a mesma tendência dos numéricos, e ficaram mais próximos do k- padrão, mas acredita-se que um ângulo de ataque negativo do modelo devido à montagem tenha provocado um aumento no CD obtido experimentalmente. Os valores dos coeficientes de sustentação baixaram com o número de Reynolds nos testes numéricos e aumentaram nos ensaios experimentais. Nas simulações observou-se que a alta velocidade entre as rodas dianteiras devido à pequena distância entre o veículo e o piso era responsável por boa parte da sustentação negativa. Por questões de montagem não foi possível repetir esse efeito solo de forma similar nos experimentos. Os resultados numéricos de visualização do escoamento apresentaram boa concordância com os experimentais. / Among the many competitions in which students are challenged to build up prototypes with specific purposes there, is one in which the goal is to design a car to carry one person and make it go as long as it can with one liter of fuel. One of the factors that contribute for fuel consumption is the aerodynamic resistance, so to predict its effects is essential for a good design. In this context, the present work had as goals the numerical and experimental evaluation of flow around a Supermileage vehicle and to calculate its drag and lift coefficients in these both ways. It was also studied the sensitivity of these forces to Reynolds number and, in the virtual case, to turbulence models. Thanks to simulation results it was verified that the front part of the model is responsible for great part of drag and negative lift. The drag coefficients fell with the increase of Reynolds number in both numerical and experimental tests. In a comparison of turbulence models comparison, k-E and k-w in their standard forms presented higher CD values than the other models. Experimental CD results showed the same tendency of numerical ones, and were closer to standard k-, although it was believed that a negative angle of attack due to experimental assembly issues has made for a higher experimental CD. Lift coefficients values fell with the increase of Reynolds number in virtual analysis and grew in experimental tests. In the simulations it was observed that the high velocity between the two front wheels, due to the short distance between the vehicle and the ground, is responsible for a large portion of the negative lift. Owing to assembly issues it was not possible to reproduce this ground effect on experimental tests. Flow visualization results presented good agreement between experimental and numerical testing.

A busca por formas mais eficientes quanto ao arrasto aerodinâmico de veículos rodoviários resultou recentemente em uma maior quantidade de pesquisas para compreensão do escoamento sobre o veículo quando este apresenta um ângulo de escorregamento aerodinâmico diferente de zero. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para análise linear de estabilidade do modelo dinâmico do veículo sob manobras de baixa severidade e considerando carregamentos aerodinâmicos. Um modelo dinâmico não-linear simplificado foi também desenvolvido utilizando dados de um veículo típico visando à comparação entre as metodologias. Ensaios experimentais em túnel de vento e simulações de fluidodinâmica computacional foram realizados utilizando-se uma geometria simplificada de um veículo visando à obtenção de valores dos carregamentos aerodinâmicos de força lateral e momento de guinada e à compreensão dos mecanismos de formação dos carregamentos aerodinâmicos. Os resultados obtidos mostram uma boa correlação entre os modelos linear e não-linear e relevante influência dos carregamentos aerodinâmicos de força lateral e momento de guinada na estabilidade estática do sistema. / The research for more efficient shapes regarding road vehicles aerodynamic drag resulted recently in an improved number of researches aiming at the understanding of the flow field over the vehicle when it has an aerodynamic slip angle different of zero. This work presents the development of a methodology for linear stability analysis of a vehicle dynamic model under low severity maneuvers and considering aerodynamic loads. A non-linear dynamic model has also been developed with information from a typical vehicle for comparison between the methodologies. Wind tunnel testing and computational fluid dynamics simulation have been carried out with simplified vehicle geometry in order to measure the aerodynamic side force and yawing moment and provide information for the understanding of the mechanisms generating the aerodynamic loads. The results show a good correlation between the linear and non-linear models and a relevant influence of the aerodynamic side force and yawing moment on the static stability of the system.